金属纤维烧结结点形成与长大过程及机制研究

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金属纤维多孔材料是近20年先进工业国家研发的一种新型优质高效结构功能一体化材料,除具有金属多孔材料特有的孔形稳定、可加工、可焊接等优点外,还兼具容尘量大、柔性可折叠、孔结构可任意设计等一系列优点,可广泛应用于过滤分离、吸声降噪、阻尼缓冲、高效燃烧、电磁屏蔽和强化换热等领域。由孔隙、结点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,然而有关金属纤维多孔材料微结构的基础理论研究还比较薄弱,目前的研究主要集中于多孔材料的结构和力学性能,关于烧结结点形成与长大过程及机制研究的报道很少。结点是金属纤维多孔材料微结构的最重要因素,更是影响其应用性能的关键,因此研究结点的形成与长大机制具有重要的学术价值。本文以316L纤维为研究对象,分析氢气及微波烧结法对结点形成与长大过程的影响规律,采用SR-CT技术、VGstudio软件等进行结点的三维重构,揭示结点形成的物质迁移机制,建立在该机制下的颈长方程。运用扫描电子显微镜(SEM)分析微波烧结法对不锈钢纤维晶粒大小的变化规律。研究结果表明:1.不锈钢纤维在高温烧结时的主导扩散机制为晶界扩散。2.晶界扩散机制下的颈长方程为:3.通过颈长方程计算晶界扩散系数,表明不锈钢纤维在不同保温时间及不同纤维夹角的晶界扩散系数均为10-9-10-8量级。4.微波烧结后不锈钢纤维晶粒尺寸小于氢气烧结,相同烧结工艺下晶粒尺寸最大相差5.82μm。本文得到国家自然科学基金(51134003)和国家“973”计划课题(2011CB610302)的资助,依托西北有色金属研究院金属多孔材料国家重点实验室完成。
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