金属纤维 (metal fiber)

用金属、合金或者金属化合物制成的纤维。是工业、军事及民用的重要材料。但是，其比强度不高(铍除外)，容易和其他金属起反应，因而使其应用受到限制。

制作方法金属纤维的制作方法主要有拉拔法、切削法和熔抽法3种类型。

拉拔法传统的单线拉拔法工序繁琐、价格昂贵，但是产品表面光滑、尺寸精确。集束拉拔法(bundle-drowing)工序简单，把成千上万根金属线包在金属套管里拉拔(见图1)，到所需的芯丝直径时剥去套管，再把芯丝分离开来。这种方法适合于塑性好的金属，生产效率高。成本低，能制作出直径4"m的长纤维。

切削法  用刃具将金属切削成纤维屑。方法简单，成本低，但纤维表面不光，直径不均匀。主要用来生产短纤维。切削法有多种，其中的振动切削法(Chatter Machirling)的原理见图2。在切削过程中刀具产生自激482振动，振动频率500～5000Hz，每振动-个周期切削出-根纤维。纤维直径随振动频率改变，最小等效直径(折合成横截面积相等的圆形直径)可达20μm，长0.5～20mm，截面呈扁平状，凡是切削性能良好的金属几乎都可以用振动切削制成纤维。切削纤维的其他方法还有剃削法(Shaving)，拉削法(Brouching)和磨削法(Grinding)。

熔抽法从液态金属直接制成纤维的方法。生产成本低，需要有专门的装置。熔抽法制取金属纤维的关键是如何使液流稳定和加快凝固过程。采取的措施有3种：(1)用问接物理方法(例如加外磁场)使液流稳定；(2)改变液流的表面状态来稳定液流，通常采用化学活性激冷剂在金属液流表面形成韧性膜；(3)采用金属激冷块加快冷凝速度，强迫液态纤维在散断长度距离以内凝固。熔抽法也有多种，其中的悬滴熔融牵引法(Pendant-DropMelt-Extraction)的原理如图3所示。金属线棒在加热器中熔化形成液滴，高速旋转的激冷轮与液滴表面接触，以大约每秒10⁵℃的冷却速度使金属凝固，并被抛出成为纤维。用这种方法可以生产短纤维，也可以生产连续的长纤维。熔抽的其他方法还有玻嚣冒营墨耋璃包覆熔纺法(Glass-Coated.Melt-Spinning)，自由飞出熔纺法(Free-FlightMelt-Spinning)，熔融抽拉法(Melt-Drag)，坩埚熔融牵引法(Crucible Melt-Extrac-tion)，激冷块熔纺法(Chill-BlockMelt-Spinning)等。纤维直径-般在25μm以上，其中玻璃包覆熔纺法可以制出1肛m的纤维。熔抽法还可能获得非晶态。当生产过程中金属纤维受到拉伸变形时，纤维会呈现高强度。

此外，用金属涂层的方法可以制作金属化纤维(Metallic Fibers)。

性能  金属纤维的性能不仅与成分有关，而且与金阳工艺方法有关。表中给出-些纤维的性能数据。铍的比强度很高，几乎可以和碳纤维相比。镍及不锈钢纤维在氧化性气氛中的热稳定性好，并且耐化学腐蚀。钛耐潮湿的氯气环境。钽、铌及其合金的比强度较高，塑性好，耐酸性强。钨、钼合金的强度及模量都较高。铜、铝、铁具有高的电导性和热导性。集束拉伸纤维和切削纤维的表面粗糙，容易与周围材料咬合以提高工件的整体性能。熔抽纤维-般为铸态组织，力学性能较差。纤维越细比表面越大，在高频导电和催化应用中显示出优越性。杂质尺寸大到与纤维直径接近时会严重影响其力学性能。

材料制品和应用

金属纤维多孔材料  金属纤维材料制品的孔隙度能在O～98％范围内调节，而粉末冶金材料制品的不超过50％。孔隙度相同时，其强度和塑性比粉末冶金制品高几倍，这是因为金属纤维烧结体除了点连接以外，还有线连接和纤维与纤维之间的互相咬合，构成牢固的骨架。在具有良好的净化精度的同时，仍然具有很高的渗透性。

金属纤维多孔材料经常以毡和网的形式应用。燃气涡轮用的级间迷宫式密封件是用8μm的镍基合金和钴基合金纤维制造的金属毡，孔隙度高达80％，抗拉强度为6.6～13.1MPa，工作温度660C。用于工作温度880℃及更高温度的金属毡也已经问世。金属毡还可用作减震阻尼，阻焰器等。低密度(5％)的金属纤维丝网可用作火箭发动机的喷管隔热材料。

将金属纤维按-定方向规则排布，形成定向通道，可以制造高效热管的管芯，可用于宇航系统、电子装置及-般工业产品。

用不锈钢纤维制作的消音材料可用于航空发动机的进排气处理，最高温度可使用到650℃。

此外，还可以用金属纤维制作涡轮叶片表面冷却的发汗材料，高效电池的电极，低磨损大电流导电刷，消静电刷，金属与陶瓷之间的连接物等。

金属纤维增强复合材料  金属纤维增强金属基复合材料近年来有了明显的进展。铝合金的抗拉强度为490～686MPa，不锈钢纤维的高达1960～3430MPa，用体积比50％的不锈钢纤维增强的铝合金可将抗拉强度提高3倍，用来制造汽车的连杆，可减轻重量30％。有的高温合金在1090℃下，100h的断裂强度约为100MPa，而用W，W-Th02，W-Hf-C增强的高温合金分别是它的1.5倍、2倍和3倍。w-Re-Hf-C合金是最佳的纤维材料，在1093℃的抗拉强度为传统高温合金的16倍，比强度为7倍，1204℃的比强度为13倍，同样温度下W-1％Th0₂纤维的抗拉强度只有它的-半。最佳的基体材料是FeCrAlY，它能粘结纤维并能有效地保护纤维在涡轮环境中不受氧化和腐蚀。

钨纤维增强高温合金的使用寿命、抗热震性能及抗疲劳性能均优于目前使用的高温合金数倍，有希望用于航天飞机主发动机中火箭发动机的高压涡轮泵。钨纤维增强高温合金复合叶轮翼片的制作流程见图4。

金属纤维增强非金属基复合材料有着显著的优点。增强耐火材料可以抗断裂，抗剥落，抗热震和提高总体韧性。例如，用不锈钢纤维增强的氧化铝陶瓷工具具有优异的高温性能，573℃能保持室温强度(574MPa)的82％，在1185℃可以长期使用。不锈钢、铜、铝及其合金的短纤维与塑料的复合材料，具有屏蔽484电磁波干扰和射频干扰的功能。还可用来制作导电塑料，导热塑料等。金属纤维还可增强混凝土、橡胶及制作摩擦复合材料。

金属纤维织物  最常用的是不锈钢纤维与合成纤维的混纺织物。不锈钢纤维的直径-般在6～22/μm范围。含质量比为0.5％～1％不锈钢纤维的织物具有抗静电的功能，做成工作服及罩布用在火工、石油、造纸、仓库等有静电危害的场合，以及需要高纯工作环境的医院、制药、电子工业。在涤纶中掺入2.5％～4％不锈钢纤维织物用作炸药、煤炭作业的粉尘过滤器。不锈钢纤维含量5％～15％的织物对雷达波的反射率为96％，在军事防御上可用来制作假目标，在军事训练中可制作空中及海上的靶标，在救生方面可用以制作雷达反射保险衣以便迅速准确地判断出事地点。这种织物的屏蔽效率为25～35dB，可用于微波及电磁波环境的人身防护，例如高压变电站区工作人员的巡视服及仪器屏蔽罩，还有可能制作“反窃听”制品。导电布的不锈钢纤维含量为25％～40％，用作50万V高压线路维修的带电作业服。纯不锈钢纤维织物可用作高温收尘袋。在电子对抗方面，用铝纤维纺成雷达干扰箔条，撒在空中形成偶极子电极，以破坏敌方雷达的探测。