CN103962547A - 一种高碳化硼含量的铝基复合材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高碳化硼含量的铝基复合材料，由Al合金粉、碳化硼粉、陶瓷微粉、空心玻璃微珠、虾壳素、绢云母颗粒及膨润土组成，本发明的效果在于：与现有技术相比，本发明的制备时不需要大型的压机和挤压机，工艺相对简单，设备要求不高，制备的B4C-Al中子吸收材料是均质材料，具有密度高，使用性能稳定，材料密度达到98%以上，可用做乏燃料贮存设施中作为临界安全控制的中子吸收材料，实现易燃燃料的密集贮存。
Description
技术领域
本发明属于一种复合材料的制备方法，具体涉及松装粉末框架去皮热轧制法制备高碳化硼含量铝基复合材料的制备方法。
背景技术
碳化硼铝金属基复合材料板是由碳化硼均匀弥散在铝合金基体中复合而成，其中碳化硼为弥散强化相，铝合金为基体相。这种材料含有中子吸收性能良好的B元素，可用作中子吸收材料。其显著优点是耐腐蚀、耐辐照、硼含量高、使用寿命长，能提高乏燃料贮运的经济性和安全性。
高碳化硼含量的铝基复合材料，国外的制备方法有熔铸法、粉末冶金等多种方法，各种方法有其自身的特点，熔铸法材料界面反应严重，粉末冶金法制备工艺过程复杂。而粉末冶金、压力加工相结合的方法能大大改善碳化硼的分布均匀性。如申请号为201010602530.5 的中国专利，描述了“一种高密度中子吸收板的制备方法”，该方法是将混合粉末装在铝合金盒子中轧制，在轧制过程中，混合粉末逐渐密实并与铝合金外壳达到冶金结合，形成一种夹心饼干式的各处冶金结合的材料，轧制过程中没有将铝合金包壳去除的工序，所以不能制备B4C 均匀弥散在铝合金基体中形成的均质材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高碳化硼含量的铝基复合材料，该复合材料耐腐蚀、耐辐照及耐温性能好。
本发明的技术方案如下：一种高碳化硼含量的铝基复合材料，由下列成分组成，按重量份数计：
Al合金粉 80-95份
碳化硼粉 70-75份
陶瓷微粉 10-20份
空心玻璃微珠 15-20份
虾壳素 10-15份
绢云母颗粒 5-10份
膨润土 15-25份。
上述的高碳化硼含量的铝基复合材料，其中，Al合金粉的粒度为10-25μm，碳化硼粉粒度为50-60μm。
本发明的效果在于：与现有技术相比，本发明的制备时不需要大型的压机和挤压机，工艺相对简单，设备要求不高，制备的B4C-Al 中子吸收材料是均质材料，具有密度高，使用性能稳定，材料密度达到98% 以上，可用做乏燃料贮存设施中作为临界安全控制的中子吸收材料，实现易燃燃料的密集贮存。
具体实施方式
下面结合具体实施例作进一步说明。
一种高碳化硼含量的铝基复合材料，按重量份数计，将粒度10-25μm为的Al合金粉80-95份、粒度为50-60μm 碳化硼粉70-75份、陶瓷微粉10-20份、空心玻璃微珠15-20份、虾壳素10-15份、绢云母颗粒5-10份、膨润土15-25份混合均匀后，置入具有铝合金框架的铝合金盒子后封装，进行真空除气烧结，以去除混合粉末中水分，使粉末颗粒间发生一定的烧结粘接，有利于后续的结合，然后再对烧结后的盒子进行热轧，当坯料的密度达到70%-95%TD 时，进行90°换向轧制以保障密度均匀材料结构坚实，并采用机械方法去除坯料外层的铝合金包壳，再进行多道次的热轧，使材料逐步致密冶金结合后，轧至预定厚度的板材，使板材密度达到98%TD 以上。其中，换向90°轧制和去除包壳的工艺顺序可以自由选择，两者可在坯料处于不同致密度时进行，也可在材料处于相同致密度进行，只要坯料密度达到70～95%TD 进行即可。
实施例1
步骤一 混料：将粒度10μm为的Al合金粉80份、粒度为50μm碳化硼粉70份、陶瓷微粉10份、空心玻璃微珠15份、虾壳素10份、绢云母颗粒5份、膨润土15份在混料机中混合均匀；
步骤二 装料：将混合粉置入具有铝合金框架的铝合金盒子中进行封装；
步骤三 真空除气烧结：将封装有混合粉坯料的铝合金盒子，放到真空度为10-3Pa 的真空炉中进行真空除气烧结；烧结温度510℃，烧结时间为10 小时；
步骤四 热轧去皮：将烧结后的铝合金盒子在350℃下进行连续多道热轧，压下量为每道次10%，在坯料的密度为70% TD 时，换向90°的轧制，并去除坯料外层的铝合金包壳，再进行多道次热轧，压下量为40%，轧至厚度2.7mm 的板材；
步骤五 退火处理：将热轧后的板材进行退火处理，制成密度为98.5% 的中子吸收材。
性能：热变形温度为120℃，热分解温度620℃。
实施例2
步骤一 混料：将粒度15μm为的Al合金粉80份、粒度为60μm 碳化硼粉75份、陶瓷微粉20份、空心玻璃微珠20份、虾壳素15份、绢云母颗粒10份、膨润土25份在混料机中混合均匀；
步骤二 装料：同实施例1 ；
步骤三 真空除气烧结：将封装有混合粉坯料的铝合金盒子，放到真空度为10-3Pa 的真空炉中进行真空除气烧结；烧结温度540℃，烧结时间为6 小时；
步骤四 热轧去皮：将烧结后的铝合金盒子在450℃下进行连续多道热轧，压下量为每道次10%，在坯料的密度为85% TD 时，换向90°的轧制，并去除坯料外层的铝合金包壳，再进行多道次热轧，压下量为35%，轧至厚度2.5mm 的板材；
步骤五 退火处理：将热轧去皮后的板材进行退火处理，制成密度98.5% 的中子吸收材料。
性能：热变形温度为180℃，热分解温度705℃。
实施例3
步骤一 混料：将粒度25μm为的Al合金粉95份、粒度为60μm碳化硼粉75份、陶瓷微粉20份、空心玻璃微珠20份、虾壳素15份、绢云母颗粒10份、膨润土25份在混料机中混合均匀；
步骤二 装料：同实施例1 ；
步骤三 真空除气烧结：将封装有混合粉坯料的铝合金盒子，放到真空度为10-3Pa 的真空炉中进行真空除气烧结；烧结温度480℃，烧结时间为15 小时；
步骤四 热轧去皮：将烧结后的铝合金盒子在540℃下进行连续多道热轧，压下量为每道次10%，在坯料的密度为90% TD 时，去除坯料外层的铝合金包壳，在坯料的密度为95% TD时，换向90°的轧制，再进行多道次热轧，压下量为30%，轧至厚度2.0mm 的板材；
步骤五 退火处理：将热轧的板材进行退火处理，制成密度为98.8% 的中子吸收材料。
性能：热变形温度为220℃，热分解温度695℃。
实施例4
步骤一 混料：将粒度20μm为的Al合金粉90份、粒度为55μm 碳化硼粉72份、陶瓷微粉15份、空心玻璃微珠18份、虾壳素12份、绢云母颗粒8份、膨润土20份在混料机中混合均匀；绢云母颗粒的粒度为45μm；
步骤二 装料：同实施例1 ；
步骤三 真空除气烧结：将封装有混合粉坯料的铝合金盒子，放到真空度为10-2Pa 的真空炉中进行真空除气烧结；烧结温度350℃，烧结时间为20 小时；
步骤四 热轧去皮：将烧结后的铝合金盒子在510℃下进行连续多道热轧，压下量为每道次10%，在坯料的密度为83% TD 时，换向90°轧制，在坯料的密度为90% TD 时，去除坯料外层的铝合金包壳，再进行多道次热轧，压下量为30%，轧至厚度2.7mm 的板材；
步骤五 退火处理：将热轧后的板材进行退火处理，制成密度为99.1% 的中子吸收材料。
性能：热变形温度为210℃，热分解温度680℃。
Claims (2)
1.一种高碳化硼含量的铝基复合材料，其特征在于，由下列成分组成，按重量份数计：
Al合金粉 80-95份
碳化硼粉 70-75份
陶瓷微粉 10-20份
空心玻璃微珠 15-20份
虾壳素 10-15份
绢云母颗粒 5-10份
膨润土 15-25份。
2.如权利要求1所述的高碳化硼含量的铝基复合材料，其特征在于，Al合金粉的粒度为10-25μm，碳化硼粉粒度为50-60μm。
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