多孔青铜过滤片的制备工艺及结构特性探究

开发一种工艺简单、重复性好、孔形孔径易控制、制取成本低的铜基多孔材料制备工艺是当前的研究热点之一.本文以青铜粉为原料,K_2CO_3为造孔剂,采用烧结溶解法制备多孔青铜过滤片,研究了造孔剂、烧结温度对样品孔隙率的影响,分析了烧结温度、压制压力对样品最大孔径和透气系数的影响,以及孔隙率与抗压强度的关系.研究结果表明:当造孔剂体积分数为20%~40%时,所制备样品的孔隙率为22.8%~44.4%,开孔孔隙率为18.5%~37.2%;随着烧结温度的升高,样品孔隙率和透气系数下降;随着压制压力增加,最大孔径和透气系数均减小;随着样品孔隙率增大,抗压强度减小.当选择造孔剂体积分数30%、压制压力150 MPa、烧结温度800℃的工艺参数下,制备出孔隙率32.2%、最大孔径4.6μm、透气系数9.27 m^3/(h·k Pa·m^2)、压缩强度27.9 MPa的多孔青铜过滤片.

微低重力试验多孔青铜气浮转台研制

在微低重力环境模拟中,为降低涡流干扰力矩,设计了基于多孔青铜节流器的气浮转台系统。首先,在止推轴承选型中,对局部多孔质节流器和全多孔质节流器进行了对比分析,发现在气膜厚度20μm条件下,全多孔质节流器承载能力比局部多孔质节流器高40%,因此设计选择全多孔节流器形式;然后,分析了在不同供气压力、不同材料渗透率下,气浮转台止推轴承及径向轴承的承载能力和刚度特性,发现选择较小的材料渗透率能够获得更高的气膜刚度,为气浮转台的结构设计提供了依据。最终研制的气浮转台采用开式止推轴承形式,节流器使用自研的多孔青铜材料,通过精密加工技术,使得加工前后的渗透率保持近似不变。试制成功的气浮转台回转精度小于0.8μm,150 kg负载下,未出现气锤自激振动现象。气浮转台系统的最大干扰力矩为9×10^(-4) m。该气浮转台系统不仅可用于微低重力试验,还可应用于超精密加工等领域。

用于多孔质气体轴承的石墨烯/青铜复合材料的原位制备

多孔质材料相对于小孔节流形式的气体轴承材料有可发挥较大承载力和小加工误差等优势。为了满足气体轴承多孔质及高性能的需求,本工作通过粉末冶金和化学气相沉积相结合的方法在三维多孔青铜上原位生长石墨烯,制备出具备特定气体渗透率的耐磨性能优良的石墨烯/青铜基多孔复合材料。结果表明青铜表面原位生长获得了大面积连续石墨烯,这种二维平面结构实现了其与青铜基体良好的界面结合。相较于多孔青铜,石墨烯/青铜基多孔复合材料摩擦系数与磨损量分别降低了28%和30.4%,该复合材料的研究有望为高性能多孔质气体轴承的研制提供一种新方法。

烧结青铜多孔材料性能的评定与选用

通过对烧结青铜过滤材料过滤机理的分析和实际检测对比，阐述了被滤杂质大小、材料孔隙尺寸和过滤精度之间量的关系。讨论了可能导致过滤系统失效的关键参数─—透过性系数及其在工程上的具体应用方法。对设计选用者关心的其他问题，如材料标准、抗氧化性等性能以及产品的结构和工艺性也作了具体介绍。