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        金屬纖維多孔材料的制備與應用研究

        2021-09-22 13:12:19鐘江川
        科教創(chuàng)新與實踐 2021年29期
        關鍵詞:金屬纖維制備應用

        摘要:金屬纖維多孔材料作為兼?zhèn)浣Y(jié)構(gòu)與功能的材料,憑借其良好的導熱、耐高溫等優(yōu)勢,逐漸備受關注,且在生活實踐中被廣泛應用。而本文將對其制備與應用問題進行探究,其目的旨在為金屬纖維多孔材料的性能優(yōu)化,提出幾點個人建議,進而助力其在更多領域發(fā)揮更大的價值。

        關鍵詞:金屬纖維;多孔材料;制備;應用

        引言

        金屬纖維多孔材料是一種復合結(jié)構(gòu)功能材料,不僅具備金屬所擁有的良好的導熱、導電、耐高溫等特點,且三維網(wǎng)狀的多孔結(jié)構(gòu),讓其具有高強韌性、高能量吸收等性能,進而一躍成為工業(yè)、生物等領域的重要材料,為了加深大眾認知,為了使其功能不斷優(yōu)化,下文將對其相關問題進行探究。

        一、金屬纖維多孔材料的制備分析

        金屬纖維多孔材料的制備,與材料制備、機械加工技術的發(fā)展有著極大的關系,只有兩者均具備超高水平的情況下,才能制備出金屬纖維多孔材料。而當前,其制備的方式主要有兩種,一種是傳統(tǒng)制備,一種是在傳統(tǒng)制備基礎上衍生的增材制造,具體如下:

        1、傳統(tǒng)制備

        傳統(tǒng)制備技術主要包含金屬纖維制備與金屬纖維多孔燒結(jié)兩項,在金屬纖維制備方面,目前主要有熔抽法、切削法、線材拉拔法3類,如熔抽法,這種制備方法相對簡單,且成本較低,但是也存在一定的弊端,生產(chǎn)出來的纖維表面相對粗糙,絲徑不均,且拉伸強度較低,再如,線材拉拔制備,這種方式制備的金屬纖維雖然絲徑均勻、表面光滑,但工序中無用功環(huán)節(jié)較多,使其生產(chǎn)成本較高,故而,就目前情況而言,在金屬纖維的傳統(tǒng)制備方面,仍有待技術的提升。

        在金屬纖維多孔燒結(jié)方面,目前常用的主要有固相燒結(jié)和液相燒結(jié)兩種。固相燒結(jié)技術,其方法操作相對簡單,且成本較低,技術也相對成熟,已經(jīng)被廣泛的應用在制備金屬纖維多孔材料當中,其主要是將金屬纖維制成一定形狀和尺寸的壓坯后,在真空或還原性氣氛保護、處于熔點以下的條件下直接燒結(jié)成形,而液相燒結(jié)技術則適合制備高熔點金屬纖維多孔材料,相較于其他制備方法,制備的材料結(jié)合強度更高、結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定,但常常會受到材料的熔點、表面能等因素限制。

        2、增材制造

        增材制造是一種較為新型的金屬纖維多孔制備技術,其又被稱之為3D纖維沉積法,工作時,主要借助計算機相關技術完成,在實際制造中,將計算機輔助設計(CAD)與計算機輔助制造(CAM)結(jié)合,在氮氣氣氛保護下將熔融金屬粉末從噴嘴擠出,通過逐層定向沉積形成金屬纖維多孔材料,相信這項技術在不久的將來,能夠成為金屬纖維多孔材料制備的最主流方式。

        二、金屬纖維多孔材料的應用

        目前,金屬纖維多孔材料已經(jīng)憑借其自身的諸多優(yōu)點,而被廣泛的應用在過濾分離、吸聲降噪、高效換熱、阻尼減振、生物醫(yī)學等領域,并成為推動領域發(fā)展的中堅力量。具體如下:

        1、過濾分離領域

        新世紀之后,世界各國都對環(huán)境保護問題給予了高度重視,并紛紛采取各種手段,避免人為造成的環(huán)境污染,我國也不例外,而金屬纖維多孔材料,在環(huán)境污染治理方面,則是優(yōu)質(zhì)材料,其在捕捉和阻礙流體介質(zhì)中的固體顆粒和懸浮物,與傳統(tǒng)的絲網(wǎng)過濾等方式相比,過濾作用明顯,它具有高強度、孔道均勻、比表面積大、流通能力強等優(yōu)勢,且能夠適應高溫、腐蝕等惡劣環(huán)境,因此,被應用在潔凈煤、高溫煤氣除塵等眾多領域,為環(huán)境保護工作作出了巨大貢獻。

        2、吸聲降噪領域

        金屬纖維多孔材料不僅具有較好的過濾功能,且吸聲能力強大,因此,是很好吸聲降噪材料。長久的置于噪音環(huán)境中,會使人的身心受到嚴重的負面影響,而金屬纖維多孔材料,憑借其低密度、高比剛度、高強度、耐高溫性能和優(yōu)異的機械性能,可以將聲音分貝降低,且能適應高溫、強振等惡劣環(huán)境,故而,其被廣泛的應用在演播廳、機場跑道、軌道交通等諸多領域。

        3、高效換熱領域

        換熱設備是能源轉(zhuǎn)換、傳遞、存儲和利用的關鍵,金屬纖維多孔材料不僅能滿足基本的換熱性能要求,而且因孔隙內(nèi)強制對流換熱,具有高熱傳導系數(shù)、高比表面積、體積微型化以及降低成本等優(yōu)點,被應用于熱交換器、微電子、表面燃燒器等領域。目前市場上換熱元件多為紫銅和不銹鋼多孔材料。

        4、阻尼減振領域

        大功率推進裝置、離心機、渦輪機等裝備由于工作過程中劇烈的流體摩擦,會引起運行精度下降、效能降低以及結(jié)構(gòu)疲勞損傷等一系列問題。金屬纖維多孔材料由于其本身具有貫通的孔隙結(jié)構(gòu),在發(fā)生變形時能起到緩沖吸能的作用,從而使裝置內(nèi)部的破壞程度減小。喬吉超等通過研究不同孔隙率不銹鋼纖維多孔材料的壓縮性能,發(fā)現(xiàn)隨著孔隙率的降低,多孔材料的能量吸收能力越來越強。為了表征金屬纖維多孔材料無序孔結(jié)構(gòu)和壓縮性能的關系,劉世鋒等借助ABAQUS軟件建立了多種三維模型,對鈦纖維多孔材料的壓縮性能進行了有限元模擬,確定了不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響,并發(fā)現(xiàn)孔數(shù)量最多處會優(yōu)先發(fā)生塑性變形。

        結(jié)束語

        綜上所述,金屬纖維多孔材料優(yōu)點眾多,與傳統(tǒng)的金屬材料相比,無論在剛度、韌性,還是吸收能力方面,都要優(yōu)于傳統(tǒng)金屬材料很多,且能夠適應高溫、潮濕、高振等惡劣環(huán)境,因此,金屬纖維多孔材料是一種十分優(yōu)質(zhì)的材料,相信不遠的未來,其身影一定會在更多的領域中出現(xiàn),并成為其行業(yè)發(fā)展的重要力量。

        參考文獻:

        [1]王建忠,湯慧萍,敖慶波等.金屬纖維多孔材料復合結(jié)構(gòu)的聲學性能[J].中國材料進展,2017(c1)

        [2]敖慶波,王建忠,李愛君.金屬纖維多孔材料的吸聲性能[J].稀有金屬材料與工程,2017(2)

        作者簡介:鐘江川,出生日期:1999年2月16日,性別:男,籍貫:四川省成都市,專業(yè):材料科學與工程,學校:四川輕工化大學

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