RU2311262C1 - Method for manufacturing porous-fibrous metallic material - Google Patents
Method for manufacturing porous-fibrous metallic materialInfo
- Publication number
- RU2311262C1 RU2311262C1 RU2006116776/02A RU2006116776A RU2311262C1 RU 2311262 C1 RU2311262 C1 RU 2311262C1 RU 2006116776/02 A RU2006116776/02 A RU 2006116776/02A RU 2006116776 A RU2006116776 A RU 2006116776A RU 2311262 C1 RU2311262 C1 RU 2311262C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- metal
- metallic
- fibrous
- materials
- fibers
- Prior art date
Links
Landscapes
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к способам получения пористых материалов из металлических волокон, а именно к способам получения волокнистых металлических материалов с высокой пористостью (до 95%) из жаростойких сплавов для звукопоглощающих конструкций (ЗПК) горячего тракта газотурбинного двигателя (ГТД) на рабочие температуры 450-600°С, которые также могут применяться для изготовления других конструкций с высокими требованиями к их прочности и жаростойкости, таких как высокотемпературные фильтры, виброизоляционные материалы и др.The invention relates to methods for producing porous materials from metal fibers, and in particular to methods for producing fibrous metal materials with high porosity (up to 95%) from heat-resistant alloys for sound-absorbing structures (GPC) of a hot path of a gas turbine engine (GTE) at operating temperatures of 450-600 ° C, which can also be used for the manufacture of other structures with high requirements for their strength and heat resistance, such as high-temperature filters, vibration insulation materials, etc.
Пористые металлические материалы известны довольно давно и благодаря сочетанию своих свойств (большой пористости при достаточно высокой прочности и гибкости) находят свое применение в различных областях техники.Porous metallic materials have been known for a long time and due to the combination of their properties (high porosity with a sufficiently high strength and flexibility) find their application in various fields of technology.
Пористо-волокнистые металлические материалы являются наиболее пригодными для создания высокотемпературных ЗПК. Они обладают эффективными поглощающими свойствами, которые практически не зависят от уровня звукового давления и обеспечивают снижение шума в широкой области частот. Такие материалы имеют высокие характеристики температурной стойкости, пожаробезопасности, грибостойкости и мало абсорбируют различные жидкости.Porous fibrous metal materials are most suitable for creating high-temperature ZPK. They have effective absorption properties that are practically independent of the sound pressure level and provide noise reduction over a wide frequency range. Such materials have high characteristics of temperature resistance, fire safety, mushroom resistance and little absorb various liquids.
На сегодняшний день известно несколько способов получения пористо-волокнистых металлических материалов. Все они имеют ряд недостатков и ограничений применения.To date, several methods for producing porous fibrous metal materials are known. All of them have a number of disadvantages and limitations of use.
Известен способ получения пористого металлического материала, включающий изготовление суспензии волокон в жидкой среде с последующим осаждением суспензии на вибрирующее перфорированное основание или вводом суспензии в форму с пористыми стенками. После дренажа жидкости получают лист или изделие заданной формы, которые затем прессуются и спекаются в низкоплотный материал (патент США №3.127.668).A known method of obtaining a porous metal material, comprising making a suspension of fibers in a liquid medium, followed by deposition of the suspension on a vibrating perforated base or by introducing the suspension into a mold with porous walls. After draining the liquid, a sheet or article of a given shape is obtained, which is then pressed and sintered into a low-density material (US Pat. No. 3,127,668).
Недостатки этого способа - невысокая пористость получаемых материалов и сложность приготовления суспензии из длинных металлических волокон в жидкой среде. Кроме того, частички жидкости или продукты ее реакции с металлическими волокнами остаются на поверхности волокон, что отрицательно сказывается на дальнейшем спекании.The disadvantages of this method are the low porosity of the materials obtained and the difficulty of preparing a suspension of long metal fibers in a liquid medium. In addition, particles of the liquid or products of its reaction with metal fibers remain on the surface of the fibers, which adversely affects further sintering.
Известен способ получения пористого металлического материала из тонких металлических волокон воздушным наслоением и последующим механическим скреплением или прессованием пористой структуры (патент США №3.469.297).A known method of obtaining a porous metal material from thin metal fibers by air layering and subsequent mechanical bonding or pressing of a porous structure (US patent No. 3.469.297).
Недостатки этого способа - отсутствие процесса спекания и небольшое поперечное сечение волокон (наилучшие результаты при использовании этой технологии при толщине волокон 4 мкм), что снижает прочность при получении материала с большой пористостью.The disadvantages of this method are the absence of a sintering process and a small cross-section of the fibers (the best results when using this technology with a fiber thickness of 4 μm), which reduces the strength when obtaining material with high porosity.
Известен способ изготовления армированного нетканого металлического материала обработкой массы свободных металлических нитей с использованием обычного оборудования текстильной промышленности для получения полотна из металлических нитей и наложением нескольких таких полотен одно на другое для получения многослойной структуры. Между полотнами подкладывают армирующую подложку, вследствие чего образуется армированный нетканый металлический листовой материал с высокими прочностью и долговечностью (патент США №5.972.814).A known method of manufacturing a reinforced non-woven metal material by processing a mass of free metal threads using conventional equipment of the textile industry to obtain a fabric of metal threads and the application of several such paintings to one another to obtain a multilayer structure. A reinforcing substrate is placed between the webs, as a result of which a reinforced non-woven metal sheet material with high strength and durability is formed (US Pat. No. 5,972,814).
Недостатки этого способа - использование упрочняющей подложки, что снижает общую пористость волокнистого материала и необходимость использования металлических волокон с неравномерным поперечным сечением (шероховатой поверхностью) для осуществления сцепления между отдельными волокнами.The disadvantages of this method are the use of a reinforcing substrate, which reduces the overall porosity of the fibrous material and the need to use metal fibers with an uneven cross-section (rough surface) for bonding between the individual fibers.
За прототип принят способ получения пористо-волокнистых металлических материалов с однородной структурой, включающий предварительное формирование металлического мата из волокнистой массы и дальнейшее его спекание. Формирование металлического мата осуществляется путем просеивания измельченных металлических волокон на подложку с образованием одного или более слоев. При этом каждый слой покрывается адгезивом или связующим веществом, после чего на него наносится последующий слой и т.д. до получения мата необходимой толщины. Затем мат высушивают, подвергают спеканию и, если это необходимо, прессованию (патент США №3.811.976).The prototype adopted a method of obtaining porous-fibrous metal materials with a uniform structure, including the preliminary formation of a metal mat from the pulp and its further sintering. The formation of a metal mat is carried out by sieving the crushed metal fibers on a substrate with the formation of one or more layers. In this case, each layer is coated with adhesive or a binder, after which a subsequent layer is applied to it, etc. until the mat is of the required thickness. Then the mat is dried, subjected to sintering and, if necessary, pressing (US patent No. 3,811.976).
Недостатки способа-прототипа:The disadvantages of the prototype method:
- несмотря на возможность получения пористо-волокнистого металлического материала с высокой пористостью, известный способ не обеспечивает высокие эксплуатационные свойства этого материала при рабочей температуре 450-600°С в условиях горячего тракта ГТД;- despite the possibility of obtaining a porous-fibrous metal material with high porosity, the known method does not provide high performance properties of this material at an operating temperature of 450-600 ° C in the conditions of a hot gas turbine engine;
- данный способ не обеспечивает получения пористого материала из длинных металлических волокон;- this method does not provide a porous material from long metal fibers;
- в способе-прототипе при изготовлении пористого металлического материала используется связующее вещество, что не исключает наличия его остатков или продуктов его реакции перед спеканием.- in the prototype method in the manufacture of a porous metal material, a binder is used, which does not exclude the presence of its residues or products of its reaction before sintering.
Технической задачей данного изобретения является разработка способа изготовления пористо-волокнистого металлического материала из длинных металлических волокон (от 100 мм), с высокой прочностью и жаростойкостью, работоспособного при температурах 450-600°С в условиях горячего тракта ГТД, с низким удельным весом и большой пористостью (до 95%), обладающего высокой акустической эффективностью; без использования в процессе изготовления такого материала различных связующих веществ, жидкостей и других дополнительных материалов, наличие которых отрицательно сказывается при спекании пористо-волокнистого металлического материала на его свойствах.The technical task of this invention is to develop a method of manufacturing a porous fibrous metal material from long metal fibers (from 100 mm), with high strength and heat resistance, operable at temperatures of 450-600 ° C in the conditions of the hot gas turbine engine, with low specific gravity and high porosity (up to 95%) with high acoustic efficiency; without the use of various binders, liquids, and other additional materials in the manufacturing process of such material, the presence of which adversely affects the properties of the porous-fibrous metal material.
Для решения поставленной задачи предложен способ получения пористо-волокнистого металлического материала, включающий предварительное формирование металлического мата из волокнистой массы и дальнейшее его спекание, отличающийся тем, что металлический мат формируют путем иглопробивания волокнистой массы, состоящей из металлических волокон длиной не менее 100 мм, с плотностью пробивания 0,5×104-1×104 м-2.To solve this problem, a method for producing a porous-fibrous metal material is proposed, including the preliminary formation of a metal mat from pulp and its further sintering, characterized in that the metal mat is formed by needle-piercing a pulp consisting of metal fibers with a length of at least 100 mm and a density punching 0.5 × 10 4 -1 × 10 4 m -2 .
В качестве исходного материала могут использоваться длинные металлические волокна с диаметром предпочтительно от 15 до 30 мкм, полученные методом экстракции расплава или деформацией.As the starting material, long metal fibers with a diameter of preferably from 15 to 30 μm obtained by melt extraction or deformation can be used.
Спекание осуществляется в вакууме или защитной атмосфере при температуре 0,75-0,85 от температуры плавления материала, что позволяет получить достаточную прочность в точках контакта волокон.Sintering is carried out in a vacuum or protective atmosphere at a temperature of 0.75-0.85 of the melting temperature of the material, which allows to obtain sufficient strength at the points of contact of the fibers.
Спекание проводят в контейнерах с размерами, соответствующими геометрическим параметрам пористо-волокнистого материала, под нагрузкой, с использованием металлических или керамических оправок-ограничителей, обеспечивающих при спекании требуемую высоту пористо-волокнистого материала.Sintering is carried out in containers with dimensions corresponding to the geometric parameters of the porous fibrous material, under load, using metal or ceramic mandrel limiters, which provide the required height of the porous fibrous material during sintering.
В качестве материала волокон могут быть использованы металлы или сплавы с высокими жаростойкими свойствами, например, на основе железа или никеля.As the material of the fibers can be used metals or alloys with high heat-resistant properties, for example, based on iron or nickel.
Предлагаемый способ получения пористо-волокнистых металлических материалов иглопробиванием волокнистой массы с плотностью пробивания 0,5×104-1×104 м-2 с последующим спеканием металлического мата позволяет получать материалы из длинных металлических волокон с заданной пористостью, обладающие высокой акустической эффективностью применительно, например, к авиационным турбореактивным двигателям, характеризующиеся достаточно равномерным спектром поглощения на частотах выше 1,6 кГц с эффективностью около 6-8 дБ в условиях, близких к существующим в ГТД.The proposed method for producing porous fibrous metal materials by needle-punching a pulp with a punching density of 0.5 × 10 4 -1 × 10 4 m -2 followed by sintering of the metal mat allows to obtain materials from long metal fibers with a given porosity, with high acoustic efficiency as applied for example, to aircraft turbojet engines, characterized by a fairly uniform absorption spectrum at frequencies above 1.6 kHz with an efficiency of about 6-8 dB in conditions close to uyuschim in GTE.
Выбранная длина волокон и значения плотности пробивания волокнистой массы обеспечивают достаточные прочностные и пластические характеристики материала при его большой пористости и высокие звукопоглощающие свойства. При плотности пробивания менее 0,5×104 м-2 пористость волокнистого материала не увеличивается, а его прочность уменьшается. При иглопробивании с плотностью более 1×104 м-2 пористость готового пористо-волокнистого металлического материала не превышает 90%, при этом его прочность увеличивается незначительно.The selected length of the fibers and the density of penetration of the pulp provide sufficient strength and plastic characteristics of the material with its high porosity and high sound-absorbing properties. When the penetration density is less than 0.5 × 10 4 m -2, the porosity of the fibrous material does not increase, but its strength decreases. When needle-piercing with a density of more than 1 × 10 4 m -2 the porosity of the finished porous-fibrous metal material does not exceed 90%, while its strength increases slightly.
Примеры осуществленияExamples of implementation
Пример №1Example No. 1
В качестве исходного материала использовали проволоку из сплава марки Х20Н80 (Тпл=1400°С) длиной 100 мм диаметром 30 мкм.An X20H80 grade alloy wire (T pl = 1400 ° C) with a length of 100 mm and a diameter of 30 μm was used as a starting material.
Формирование волокнистой массы проводили на установке для получения волокнистого слоя с равномерным распределением плотности металлических волокон по объему.The formation of pulp was carried out on the installation to obtain a fibrous layer with a uniform distribution of the density of metal fibers in volume.
Иглопробивание проводили на установке скрепления волокнистой массы с движущимся игольным столом с пробивными иглами при плотности прокалывания 0,5×104 м-2.Needle piercing was performed on a fiber bonding unit with a moving needle table with punching needles at a piercing density of 0.5 × 10 4 m -2 .
В результате иглопробивания был получен нетканый мат с пористостью 98%.As a result of needle punching, a nonwoven mat with a porosity of 98% was obtained.
Спекание проводили в контейнере с металлическими ограничителями под нагрузкой при вакууме 10-4 мм рт.ст. и температуре 1150°С в течение 2,5 часов. Высоту ограничителей выбирали исходя из заданных параметров пористого материала.Sintering was carried out in a container with metal stops under load at a vacuum of 10 -4 mm Hg. and a temperature of 1150 ° C for 2.5 hours. The height of the limiters was selected based on the specified parameters of the porous material.
В результате был получен пористо-волокнистый металлический материал с пористостью 95%.As a result, a porous fibrous metal material with a porosity of 95% was obtained.
Пример №2Example No. 2
Металлические волокна из сплава марки Х20Н80 диаметром 15-20 мкм, длиной 150 мм, полученные методом экстракции висящей капли расплава, подвергали войлокованию на установке формирования волокнистой массы. Полученную массу пробивали иглами с плотностью прокалывания 1×104 м-2. Полученный нетканый мат с пористостью 96% спекали в контейнере под нагрузкой с металлическими ограничителями при вакууме 10-4 мм рт.ст. и температуре 1100°С в течение 2,5 часов.Metal fibers from an alloy of the brand X20H80 with a diameter of 15-20 μm, a length of 150 mm, obtained by extraction of a hanging drop of melt, were felted in a pulp formation unit. The resulting mass was punched with needles with a piercing density of 1 × 10 4 m -2 . The resulting non-woven mat with a porosity of 96% was sintered in a container under load with metal stops at a vacuum of 10 -4 mm Hg. and a temperature of 1100 ° C for 2.5 hours.
В результате был получен пористо-волокнистый металлический материал с пористостью 85%.As a result, a porous fibrous metal material with a porosity of 85% was obtained.
Пример №3Example No. 3
Металлические волокна из сплава марки 12Х18Н9Т (Тпл=1450°С) диаметром 15 мкм, длиной 300 мм после войлокования пробивали иглами с плотностью прокалывания 0,8×10-4 м-2. Полученный нетканый мат с пористостью 97% спекали в контейнере под нагрузкой с металлическими ограничителями при вакууме 10-4 мм рт.ст. и температуре 1200°С в течение 3 часов.Metal fibers from an alloy of the grade 12X18H9T (T pl = 1450 ° C) with a diameter of 15 μm and a length of 300 mm after felting were punched with needles with a piercing density of 0.8 × 10 -4 m -2 . The resulting non-woven mat with a porosity of 97% was sintered in a container under load with metal stops at a vacuum of 10 -4 mm Hg. and a temperature of 1200 ° C for 3 hours.
В результате был получен пористо-волокнистый металлический материал с пористостью 85%.As a result, a porous fibrous metal material with a porosity of 85% was obtained.
Пример №4Example No. 4
По известному способу (прототипу) был изготовлен пористо-волокнистый металлический материал из волокон сплава марки Х20Н80 диаметром 50 мкм, длиной 5-10 мм, представляющий собой волокнистый мат с пористостью 85%.According to the known method (prototype), a porous fibrous metal material was made from fibers of an alloy of the brand X20H80 with a diameter of 50 μm, a length of 5-10 mm, which is a fiber mat with a porosity of 85%.
Сравнительные результаты исследований образцов материалов, изготовленных по предлагаемому способу и прототипу, представлены в таблице 1, где примеры 1-3 - предлагаемый способ, пример 4 - прототип.Comparative results of studies of samples of materials manufactured by the proposed method and prototype are presented in table 1, where examples 1-3 are the proposed method, example 4 is the prototype.
Из таблицы видно, что материалы, изготовленные по предлагаемому способу, имеют пористость до 95%, большие значения коэффициента звукопоглощения, жаростойки и значительно превосходят материал, изготовленный по способу-прототипу, по прочности.The table shows that the materials manufactured by the proposed method have a porosity of up to 95%, large values of sound absorption coefficient, heat-resistant and significantly superior to the material made by the prototype method, in terms of strength.
Кроме того, использование в предлагаемом способе длинных металлических волокон при изготовлении пористого материала для высокотемпературных ЗПК авиадвигателя позволяет уменьшить постепенное разрушение пористо-волокнистых металлических материалов под действием звука высокой интенсивности.In addition, the use in the proposed method of long metal fibers in the manufacture of a porous material for high-temperature ZPK aircraft engine can reduce the gradual destruction of porous-fibrous metal materials under the action of high-intensity sound.
Полученный материал может подвергаться механической обработке и калибровке на прессе под необходимые размеры при сохранении равномерной структуры.The resulting material can be machined and calibrated in a press to the required dimensions while maintaining a uniform structure.
Таким образом, применение предлагаемого способа позволяет получать пористо-волокнистые металлические материалы из длинных волокон с большой прочностью и жаростойкостью, с низким удельным весом, пористостью до 95%, обладающие высокой акустической эффективностью, работоспособные при температуре 450-600°С.Thus, the application of the proposed method allows to obtain porous fibrous metal materials from long fibers with high strength and heat resistance, with low specific gravity, porosity up to 95%, with high acoustic efficiency, operable at a temperature of 450-600 ° C.
Предлагаемый способ является более экономичным, позволяет исключить процесс прессования и использование различных связующих веществ.The proposed method is more economical, eliminates the pressing process and the use of various binders.
Звукопоглощающие конструкции, выполненные из полученных пористо-волокнистых материалов, обладают высокими эксплуатационными характеристиками, необходимыми для изделий нового поколения.Sound-absorbing structures made of the obtained porous-fibrous materials have high performance characteristics required for new generation products.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006116776/02A RU2311262C1 (en) | 2006-05-17 | 2006-05-17 | Method for manufacturing porous-fibrous metallic material |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006116776/02A RU2311262C1 (en) | 2006-05-17 | 2006-05-17 | Method for manufacturing porous-fibrous metallic material |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2311262C1 true RU2311262C1 (en) | 2007-11-27 |
Family
ID=38960185
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2006116776/02A RU2311262C1 (en) | 2006-05-17 | 2006-05-17 | Method for manufacturing porous-fibrous metallic material |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2311262C1 (en) |
-
2006
- 2006-05-17 RU RU2006116776/02A patent/RU2311262C1/en active
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US3127668A (en) | High strength-variable porosity sintered metal fiber articles and method of making the same | |
EP1953357B1 (en) | Sheet member and manufacturing method thereof, exhaust gas treating apparatus and manufacturing method thereof, and silencing device | |
JP5183296B2 (en) | Holding sealing material, manufacturing method of holding sealing material, and exhaust gas purification device | |
EP3541976A1 (en) | Non-respirable, polycrystalline, aluminosilicate ceramic filaments, fibers, and nonwoven mats, and methods of making and using the same | |
JP5112029B2 (en) | Sheet material and manufacturing method thereof, exhaust gas treatment device and manufacturing method thereof, and silencer | |
JP2018048647A (en) | Multilayer mounting mat for pollution control device | |
KR20080030465A (en) | Laminated sheet, method of producing the sheet, exhaust gas processing device, and method of producing the device | |
KR20010032438A (en) | Ceramic network, method for the production and utilization thereof | |
CN110447065B (en) | Sound absorbing material | |
US20210140080A1 (en) | Polycrystalline, aluminosilicate ceramic filaments, fibers, and nonwoven mats, and methods of making and using the same | |
US9200391B2 (en) | Mat, method for manufacturing the mat, and apparatus for purifying exhaust gas | |
US8758471B2 (en) | Mat, method for producing the mat, and exhaust gas purifying apparatus | |
RU2311262C1 (en) | Method for manufacturing porous-fibrous metallic material | |
US9486739B2 (en) | Holding seal material, manufacturing method for holding seal material, exhaust gas purification apparatus and manufacturing method for exhaust gas purification apparatus | |
EP3665134A1 (en) | High noise reduction coefficient, low density acoustical tiles | |
CN110626008A (en) | Manufacturing process of high-thickness high-density temperature-resistant felt | |
EP3790850B1 (en) | Nonwoven article of discontinuous polycrystalline, aluminosilicate ceramic fibers, and method of making and using the same | |
JP2018161778A (en) | Sound absorber and vehicle component | |
WO2010109273A1 (en) | Process for producing a nonwoven air filter medium | |
KR102405001B1 (en) | Unbaked insulation and/or sound insulation products and insulation blankets obtained therefrom | |
JP6670914B1 (en) | Sound absorbing material | |
JP7468255B2 (en) | Nonwoven fabric for sound absorption, sound absorbing material, and method for manufacturing nonwoven fabric for sound absorbing | |
JPS60180299A (en) | Diaphragm of acoustic device and its production method | |
JPH0259411A (en) | Carbon molded material with change in bulk density | |
CN114960040A (en) | Preparation method of composite non-woven material formed by needling/chemical bonding in synchronization |