[发明专利]一种梯度孔隙结构金属纤维烧结板及制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属纤维烧结板及制造方法，特别是涉及一种梯度孔隙结构金属纤维烧结板及制造方法。         

背景技术

金属纤维烧结板具有三维网状结构、高精度全连通的孔径和高达70%～ 99%的孔隙率,压力损失很低,优良的延展性，流通性好、阻力损失小、承压强度高等优越特性，是一种新型的金属多孔材料。适合作为各种催化反应的载体、过滤器材，隔音材料等的使用，在石油、化工、电子、汽车、机械等行业迅速得到了推广应用。金属纤维烧结板与传统的粉末过滤材料相比具有高强度、高容尘量、使用寿命长等特点，与丝网过滤材料相比具有过滤精度高、透气性好、比表面积大和毛细管功能等特点，尤其适用于高温、高粘度、有腐蚀介质等恶劣条件下的过滤。金属纤维烧结板附加值高，具有优异的、独特的性能，具有很大市场潜力,有着广范的应用价值。

近年来，随着金属多孔材料应用领域的不断扩大，对金属多孔材料的产能和性能提出了更高的要求。目前常用的金属纤维烧结板的制作方法大多为固相烧结成型，成型过程复杂，耗时长，过程中容易发生氧化，并且纤维板的形状也受模具类型的限制。为了克服上述缺点，本发明将激光快速成型技术应用到金属纤维板的制作过程中，在制备的过程中取得了不错的成效。激光是较早应用到快速成形领域的高能束流,基于激光的快速成形技术非常多, 并且其设备的研究开发、应用都比较成熟。据了解，以往的激光快速成型技术大都分为两类工艺，一类是采用同轴输送原料粉末, 激光熔化粉末, 并经数控定位、逐步堆积微滴单元而成目标形状的零件。该工艺在成形制造致密零部件领域应用广泛, 但在形状复杂, 有悬空结构的多孔金属材料中应用难度较大。另一类是在成形平面先铺设薄层原料粉末, 使激光根据目标零件分层后的二维平面信息, 选择熔化区域, 然后逐层铺粉并逐层选择熔覆, 层层堆积得最终零件。这类工艺主要有激光选区烧结( Selective laser sintering,SLS) 和激光选区熔化技术( Selective laser melting,SLM) , 特点是可成形形状复杂、尺寸精密的细小零件, 并在制备多孔金属材料领域具备优势。本发明将激光快速成型技术的第二类工艺合理应用到多孔金属纤维板的制作工艺中，利用此技术制作出来的梯度孔隙结构的金属纤维烧结板具有成型效率高，烧结点分布合理等特点，并且可以便捷地实现不同形状的梯度组合。

 

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供了一种梯度孔隙结构金属纤维烧结板及制造方法，成型效率高，应用激光快速成型技术制作多孔结构的金属纤维烧结板。

本发明通过下述技术方案实现。  

一种梯度孔隙结构金属纤维烧结板的制造方法，包括如下步骤：

（1）在车床上，使用多齿刀具，车削加工出尺寸均匀，表面具有多茸微结构的金属纤维；

（2）将金属纤维，按长度要求剪成多段，得到金属纤维段，选定模具，在模具的凹槽内不同区域添加不同质量的金属纤维段；所述模具包括凹槽、挡板、压制板和压制盖板；

（3）采用所述压制板将添加的金属纤维分区均匀压制在模具的凹槽内，再采用压制盖板进行预压，得到多梯度孔隙结构金属纤维；

（4）移除压制盖板，将模具水平放入激光烧结仪器；

（5）根据不同的金属材料，设定激光烧结仪器的激光扫面速度、扫描方式和烧结功率参数，设定好激光烧结区域形状、大小和位置；

（6）关上激光烧结仪器的腔门，通入保护气体氮气5~10分钟，排除仪器内空气;

（7）启动仪器，进行激光烧结，待激光扫描过程完毕后，使模具在仪器内自然冷却，将模具取出，得到一种梯度孔隙结构金属纤维烧结板。

上述方法中，所述步骤（1）中使用的金属纤维包括铝合金纤维或不锈钢纤维；所述车削的进给量0.1~0.3mm/r,转速40~75r/min,背吃刀量0.1~0.2mm。

上述方法中，所述步骤（2）金属纤维的直径为100 μm~150 μm，纤维段的长度为10 mm~20mm。

上述方法中，步骤（3）所述孔隙率计算公式为：E=1-（m∕pv），其中E为孔隙率，m为金属纤维段的质量，p为金属纤维的密度，v为模具容腔体积。

上述方法中，所述预压的预压时间为1-2h，在即将开始烧结前才能除去模具盖板，以保证纤维段的紧密搭接。

上述方法中，所述步骤（3）中所述根据不同孔隙率分区预压是多梯度孔隙结构纤维毡的制造方法。