不锈钢纤维多孔材料快速升降温烧结及对拉伸性能的影响

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纤维呈随机分布且具有三维网状结构的不锈钢纤维多孔材料是一种十分重要的结构功能材料,可广泛应用于过滤分离、流体分布、吸声降噪、能量吸收、电磁屏蔽、高效燃烧、强化换热等领域。由孔隙、烧结结点和纤维骨架三要素构成的孔结构是不锈钢纤维多孔材料结构功能一体化与多样化的基础。传统的随炉升降温烧结工艺制备的不锈钢纤维多孔材料,在形成高强度烧结结点的同时,其纤维骨架晶粒出现异常长大现象,显着降低了多孔材料的耐腐蚀性能,从而限制了纤维多孔材料的规模应用。为此,需要深入研究纤维多孔材料烧结结点的形成过程及形成机制,实现烧结结点和纤维骨架晶粒尺寸的协同控制,优化纤维多孔材料的制备工艺,进一步提高其性能。本文以集束拉拔法制备的Φ28μm 316L不锈钢纤维为原料,采用快速升降温烧结工艺制备了不锈钢纤维多孔材料,利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、同步辐射X射线层析表征技术(SR-CT技术)分析了纤维骨架的微观组织与烧结结点的形貌及尺寸的变化规律,探讨了烧结工艺对纤维骨架微观组织及烧结结点形成过程的影响规律,揭示了烧结结点的长大机制。利用单纤维强度仪和万能力学试验机分别测试了单根纤维及其多孔材料的拉伸性能,研究了烧结工艺对拉伸性能的影响规律。研究结果表明:(1)形成相同尺寸的烧结结点时,快速升降温烧结所需要的时间远小于随炉升降温烧结所需时间。(2)快速升降温烧结的初期,烧结结点形成长大机制为位错扩散,中后期转变为位错扩散和表面扩散共同作用。(3)制备高强度无竹节状晶粒的不锈钢纤维多孔材料的较合适的烧结工艺为:1100℃保温10~20min。
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