[发明专利]一种多级孔金属纤维烧结板的制作方法

说明书

技术领域

本发明属于复合金属领域，特别是涉及一种多级孔金属纤维烧结板的制作方法。

背景技术

多孔金属材料是由金属材料及其内部孔隙结构组成，具有优异的物理特性和良好的机械性能。多孔金属材料已经广泛应用在汽车工业、建筑节能、能源环保、化学化工、航空航天领域中的缓冲减震器、过滤净化器、热交换器、排气消声器、催化剂载体、电池电极、火箭鼻锥及尾翼冷却发汗材料、水下潜艇消音器等。目前，多孔金属纤维材料主要包括有泡沫金属材料和金属纤维多孔材料两种类型。泡沫金属一般采用发泡制造工艺制成，具有高孔隙率、重量轻、透气性好等优点，已经成功开发出的产品包括有泡沫铝、泡沫镍、泡沫铜、泡沫铁及其泡沫合金等泡沫金属材料。但是由于泡沫金属制造工艺过程复杂，生产成本高，从而限制了泡沫金属的大规模商业化使用。金属纤维多孔材料是以金属纤维为原料制造形成，由于其具有三维网状结构、全连通孔径和高孔隙率的特点，在传热节能、催化反应、过滤净化等领域具有广泛应用前景。

目前，金属纤维多孔材料主要是以金属纤维为原材料，利用烧结工艺等方法制造形成，通常是具有较为均匀的孔隙结构。最近研究结果表明，实现多孔金属材料孔隙结构的梯度化，可以实现流体的均匀分布，促进强化传热传质过程，成为当前的多孔金属材料领域中的研究热点课题。但是，现有的多孔金属材料制造方法包括粉末冶金法、纤维烧结法、激光快速成形法、溅射工艺技术法等都难以主动控制孔隙结构的按需形成，加工制造往往较为困难。随后，研究人员陆续开发出的离心喷涂技术、有机泡沫浸渍技术、重力沉降成形、离心与压滤成形、溶胶凝胶法等方法可以实现某些特定场合的多级孔隙结构的制造，却存在设备依赖性高、生产周期长，加工成本较高等问题。因此，针对金属纤维多孔材料，开发出高效低成本制造技术方法，实现孔隙结构梯度化的还迫切需要开展相应的研究工作。

发明内容

本发明的目的在于针对当前多孔金属材料加工制造过程中梯度孔隙结构难以形成的技术难题，提供一种多级孔金属纤维烧结板的制作方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种多级孔金属纤维烧结板的制作方法包括以下步骤：

(1)用第一金属材料制成长度均匀的纤维，根据质量与孔隙率的关系称取一定质量的纤维通过一模具预压形成具有预定孔隙率的纤维板；

(2)根据步骤(1)制作至少二个不同孔隙率的纤维板，将由第二金属材料制成的中间层放置于不同孔隙率的纤维板之间形成叠层结构，置于所述模具中压制，其中第二金属材料的熔点低于第一金属材料；

(3)将模具放入烧结炉进行烧结，其中烧结温度介于第一金属和第二金属的熔点之间，保温时间为20-40min；

(4)烧结完成后随炉冷却至室温，拆卸模具，获得多级孔金属纤维烧结板。

优选的，所述纤维采用切削加工及裁剪制得，直径在50～100μm，长度为10～20mm。

优选的，所述模具包括底板、压板、多个不同厚度的垫片及螺栓，底板、垫片和压板依次套接于螺栓上，底板和压板之间形成内腔并通过垫片调节内腔的高度。

优选的，所述孔隙率与质量的关系为E＝1-m/(ρV)，其中E为孔隙率，m为纤维质量，ρ为第一金属的密度，V为所述纤维板体积。

优选的，所述纤维板的厚度范围是5-100mm，孔隙率为60％～98％；所述中间层是厚度小于0.1mm的箔片。

优选的，所述烧结在真空或惰性气氛中进行。

优选的，其特征在于：所述第一金属为铜，第二金属为铝，烧结温度为660-700℃。

优选的，步骤(2)中，所述纤维板包括孔隙率为80％的第一铜纤维板和90％的第二铜纤维板，所述中间层为铝箔片，所述叠层结构为第一铜纤维板-铝箔片-第二铜纤维板。

优选的，其特征在于：所述第一金属为铝，所述第二金属为锡，所述烧结温度为235-280℃。

优选的，所述第一金属为不锈钢，所述第二金属为锰，所述烧结温度为1244-1295℃。