[发明专利]一种钛纤维多孔材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属多孔材料领域，主要涉及一种钛纤维多孔材料的制备方法。

背景技术

烧结金属多孔材料具有贯通孔道的一类金属材料，它既具有金属的固有特性，如导电、导热、可塑性、可焊性等，又由于孔径与孔径分布，孔隙度可任意控制而具有一系列功能特性，如高渗透性、高比表面积、能量吸收、毛细现象、阻火与隔热等，在工业上广泛用于过滤与分离、流体分布、消音、抗震、表面燃烧、阻火、热交换、热管、催化剂载体、离化、自润滑、发汗及生物植入体等。钛及钛合金具有优良的抗腐蚀、比强度高等特性。由结点、孔隙和纤维骨架三要素构成的微结构是纤维多孔材料结构功能一体化与多样化的基础，其形成过程与原料特性、成形与烧结工艺密切相关，涉及纺织科学、多相流动力学、材料科学和物理冶金等众多学科。

纤维多孔材料集中了很多优点：高的孔隙率，无死点，高的透气性，大的表面积，性质稳定，在动静状态中高的承载能力，宽的工作温度，简单的加工工艺，极好的弹性，好的阻尼效果，具有吸收冲击能量的能力，耐高温，耐低温，污染油难进入，老化慢等。因为这些综合的性能，这种材料可以在残酷的条件下使用，比如火箭发动机上阻尼震动的管道，飞行器上的隔振装置，导弹惯性平台上的阻尼振动。

由结点、孔隙和纤维骨架三要素构成的微结构是金属纤维多孔材料结构功能一体化与多样化的基础，其形成过程与纤维原料特性、成形与烧结工艺密切相关，涉及纺织科学、多相流动力学、材料科学和物理冶金等众多学科。然而，至今为止，金属纤维多孔材料的相关基础研究非常薄弱，现有的研究仅仅停留于局部技术层面，如成形过程借用无纺布生产中的气流铺毡技术，实际上，烧结过程、成形时金属纤维的丝径、长径比、表面状态、弹柔性等与纺织用的棉、麻或其它有机合成纤维存在明显差异，金属纤维铺毡成形后孔结构的均匀性一直得不到解决；另一方面，金属纤维烧结比金属粉末烧结难度更大，并且烧结结点形成过程伴随着纤维的再结晶甚至异常晶粒长大，严重影响材料最终的物理化学性能。

随着金属纤维多孔材料应用领域的高速发展，对不同材料的纤维多孔材料其微结构的深入认识及可控性提到了议事日程，不仅需要掌握孔隙度、孔径等特征参数，同时需关注结点及纤维骨架的微观特征，如对声学、阻尼、力学、腐蚀等性能有明显影响的结点的数量、结点的焊合程度、纤维骨架的晶粒尺寸等等。因此，无论是科学理论层面还是应用技术层面，金属纤维多孔材料结构的控制已成为迫切需要解决的关键科学问题。

因此提出一种钛纤维多孔材料的制备方法，能够在关键的领域发挥钛金属本身的特性和金属多孔材料的优点，达到节约资源，提高材料的性能与使用寿命，满足尖端行业特殊部件的性能及技术要求。

发明内容

本发明提出了一种利用钛丝拉拔成纤维状，经过编织、加压成型后制成一种具有纤维直径、孔隙率可控的钛纤维多孔材料的制备方法。材料制备后，经过酸洗去除钛纤维多孔材料表面的氧化物，然后经过真空烧结炉进行高温烧结。通过采用本发明的方法，获得一种烧结钛纤维多孔材料。

为了实现上述技术任务，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种钛纤维多孔材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

（a）钛丝经过水箱拉丝机单丝拉拔，并对钛丝进行两次应力退火，使得钛丝拉拔成120-70μm纤维状；

（b）将拉拔成纤维状的钛丝按照金属丝编织方法将其编织成钛纤维网；

（c）将钛纤维网剪切成大小不一的钛纤维网块，并将不同大小的钛纤维网块均匀混合，根据钛纤维孔隙率与钛纤维网块质量、钛纤维网块体积之间的关系，即P＝1-m/Vρ_s   (1)

公式（1）中，P为多孔材料的孔隙度，m为钛纤维网块试样质量；V为钛纤维网块试样体积；ρ_s为多孔体对应致密固体材料的密度；

结合试样模具的体积，计算得到获得目标孔隙率值所需要钛纤维网块的质量，根据计算得到的所需要钛纤维网块的质量称量一定的块状钛纤维网块填装至试样模具中；

（d）使用压力机，压力在100-200MPa范围内加压，压制得到孔隙率不同的钛纤维多孔毛坯材料；

（e）将钛纤维多孔毛坯材料依次经过酸洗液酸洗、无水酒精浸泡超声波清洗以及烘干后，将烘干后的钛纤维多孔毛坯材料置于1000℃～1250℃的高温真空烧结炉中进行烧结，持续保温1-4小时，然后退火，随炉缓慢冷却1小时，使得炉内温度降至650℃，得到钛纤维多孔材料。

本发明还具有以下其他技术特点：