CN112958766A - 一种铝基复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铝基复合材料及其制备方法和应用，该铝基复合材料的制备方法包括将细铝粉与陶瓷颗粒增强体混合制成坯料，而后将坯料在480～580℃条件下进行热挤压制成板材；按照以上方法总共制备至少两块板材，或将板材切割成至少两块；对板材进行表面除杂和表面粗糙化处理，而后干燥；再将处理后的板材叠放，在250℃～350℃下保温，而后进行轧制。通过以上方法制得的铝基复合材料力学性能优异，热稳定性能好，板材得收率高，且该制备方法对设备、模具要求低，工序简单。

Description

一种铝基复合材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及材料制备技术领域，尤其是涉及一种铝基复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
铝基复合材料一般是通过将高性能的陶瓷颗粒增强体嵌入到柔软的铝基体中，使得增强体的高强度、高模量和耐磨等独特性能结合到韧塑性较好的基体中，从而使得复合材料在性能和功能上优于其单一组分的性能，甚至赋予复合材料新的特性。目前，铝基复合材料在航空、航天、核电、汽车、电子等领域获得越来越广泛的应用。超细晶铝基碳化硼复合材料在大幅提升力学强度的同时，具有较高的导热率，是潜在的乏燃料干法贮存用中子吸收材料。
包含等通道挤压、高压扭转、累积叠轧等的剧烈塑性变形方法是用于制备超细晶金属材料的常规方法。其中，累积叠轧技术由日本学者Saito于1998年首次提出，并成功将纯铝的晶粒细化至亚微米级别。累积叠轧技术由于设备要求低，工艺简单，适合大尺寸超细晶铝基复合材料的工业化生产。但由于铝基复合材料塑韧性低，尤其当增强相含量较大时，直接对进行剧烈变形的累积叠轧将导致板材边裂严重而失败。此外，由于高导热纯铝体系再结晶温度较低且热稳定性较差，累积叠轧过程晶粒易长大。因此，迫切需要寻求一种热稳定好、力学性能优异、板材收得率高的铝基复合材料的制备方法。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种铝基复合材料及其制备方法和应用。
本发明的第一方面，提出了一种铝基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将铝粉和陶瓷颗粒增强体混合制成坯料；所述铝粉的平均粒度D50为1～10μm；
S2、将所述坯料在480～580℃条件下进行热挤压，制成板材；
S3、将所述板材切割成至少两块，或者按照步骤S1和步骤S2总共制备至少两块所述板材；
S4、对步骤S3所得板材进行表面除杂处理和表面粗糙化处理，而后干燥；
S5、将步骤S4处理后的板材叠放，在250～350℃下进行保温，而后进行轧制
根据本发明实施例的铝基复合材料，至少具有以下有益效果：该制备方法以细铝粉和陶瓷颗粒增强体为原料，制成具有一定致密度的坯料，然后在非晶氧化铝向晶态γ-氧化铝转变温度区间(480～580℃)进行挤压，得到强度适中但延伸率较好且成型性能极好的挤压板材，最后在复合材料再结晶温度以下(250～350℃)对板材进行累积叠轧，得到铝基复合材料。其中，铝粉表面一般具有氧化膜，该氧化膜一般为厚度为2～8nm的连续层状非晶氧化铝，其是在铝粉雾化生成时自然生成，制备铝基复合材料的坯料过程可充分利用该纳米非晶氧化铝膜作为纳米增强相的来源，将进一步提升复合材料的强度和提高复合材料再结晶度，且具有优异的热稳定性，可为后续累积叠轧过程控制晶粒长大提供基础。但氧化层的引入会阻碍复合材料坯料烧结扩散结合，导致基体中存在大量微孔洞而劣化复合材料的塑性，并进一步加大复合材料的变形抗力，难以进行累积叠轧变形，因此现有技术一般不选择细铝粉进行坯料制备。而本申请通过对复合材料坯料在非晶氧化铝向晶态γ-氧化铝的转变温度区间进行热挤压，有利于促进连续层非晶氧化铝向非连续颗粒状晶态γ-氧化铝转变，并改善复合材料基体缺陷，得到强度适中但延伸率较高的复合材料挤压板材，挤压板材成形性能极好且表面质量高，为累积叠轧提供了条件。另外，通过对经热挤压处理板材在再结晶温度以下进行累积叠轧，在颗粒状γ-氧化铝有效钉扎下，复合材料晶粒尺寸极大程度细化且稳定性好，板材无边裂，有利于累积叠轧的进行。由上，通过以上制备方法所制得的复合材料力学性能优异，热稳定性能好，板材得收率高，且该制备方法对设备、模具要求低，工序简单。
在本发明的一些实施方式中，步骤S2中，热挤压过程的挤压比为5:1～25：1，挤压速率为0.5mm·s-1～2.0mm·s-1。
在本发明的一些实施方式中，步骤S5中，轧制过程的轧制速度为5～10m/min，压下量为50％±5％。具体地，一般在切割时，一般将板材对等切割成两块尺寸相等的板材，累积叠轧时具体将表面处理后的两板材叠起来固定后再进行轧制。当然，在一些实施例中，也可将板材切割成多块尺寸相等的板材，经表面处理后，再进行叠置轧制。若按照步骤S1和步骤S2制备至少两块板材，所制备的板材尺寸一般也需相等。
在本发明的一些实施方式中，步骤S5中，轧制前的保温时间为10～30min。
在本发明的一些实施方式中，步骤S1中，所述陶瓷颗粒增强体占所述坯料的总质量的5～15％；优选地，所述陶瓷颗粒增强体选自碳化硼、碳化硅、金刚石中的至少一种；进一步优选地，所述陶瓷颗粒增强体的平均粒度D50为2～30μm。
在本发明的一些实施方式中，步骤S1具体包括：将铝粉和陶瓷颗粒增强剂混合，而后进行冷等静压，烧结，制成坯料。当然，在一些实施例中，将混料混合后也可采用热等静压，再烧结成坯料。但由于热等静压对设备要求高，因此，实际生产时一般采用冷等静压。铝粉具体可采用1100系纯铝粉。
在本发明的一些实施方式中，步骤S4中，所述表面除杂处理包括表面脱脂处理和清洗。表面脱脂处理具体可采用酸液或碱液清洗、喷砂等。
在本发明的一些实施方式中，还包括：S6、根据厚度需要，将步骤S5处理所得板材切割成至少两块，而后重复步骤S4和步骤S5的操作；再重复n次步骤S6的操作，其中，n为自然数。
本发明的第二方面，提出了一种铝基复合材料，由本发明第一方面所提出的任一种铝基复合材料的制备方法制得。
本发明的第三方面，提出一种本发明第二方面所提出的任一种铝基复合材料作在作为乏燃料干法或湿法贮存用中子吸收材料中的应用。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，其中：
图1为实施例2所制得铝基复合材料的SEM图。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例制备了一种铝基复合材料，具体过程包括以下步骤：
S1、将平均粒度D50为2.2μm的铝粉和平均粒度D50为7.4μm的碳化硼颗粒按照碳化硼的质量分数为12wt.％进行配比称重，采用干式混粉设备对粉体进行混合，混合后对粉体进行冷等静压和真空烧结，其中，冷等静压的压制压力为300MPa，烧结温度为420℃，得到致密度为90％的坯料；
S2、将坯料进行热挤压加工，热挤压温度为500℃，挤压比为18:1，加压速率为2.0mm·s-1，制得长宽厚尺寸为1200mm×100mm×5mm的板材，其抗拉强度为186MPa，屈服强度为140MPa，延伸率高达32.5％；
S3、将步骤S2制得的板材对等切割成600mm×100mm×5mm的板材，而后对板材进行表面脱脂处理，再用酒精和丙酮混合溶液进行清洗，并用钢丝刷进行表面打磨，以进行表面粗糙化处理；
S4、将步骤S3处理后的板材叠放、并用铆接方式对四角进行固定，而后在350℃下保温30min，然后进行轧制，轧制速度为10m/min，压下量为50％，制得复合板材；
S5、将复合板材对等切割，而后重复3次和步骤S5的操作，累积进行4道次叠轧，得到产品复合材料。
经测试，以上所制得复合材料的抗拉强度为262Mpa，屈服强度为234Mpa，延伸率为15％。相比叠轧前，抗拉强度提升40.8％，屈服强度提升67.1％，延伸率下降54％。晶粒短轴尺寸为1～3μm，轧制过程边裂小于10％。
将产品复合材料经300℃保温1000h后进行测试，抗拉强度为255MPa，屈服强度为219MPa，下降幅度小于10％，晶粒尺寸变化不明显。
实施例2
本实施例制备了一种铝基复合材料，具体过程包括以下步骤：
S1、将平均粒度D50为3.0μm的铝粉和平均粒度D50为7.4μm的碳化硼颗粒按照碳化硼的质量分数为15wt.％进行配比称重，采用干式混粉设备对粉体进行混合，混合后对粉体进行冷等静压和真空烧结，其中，冷等静压的压制压力为300MPa，烧结温度为420℃，得到致密度为90％的坯料；
S2、将坯料进行热挤压加工，热挤压温度为500℃，挤压比为18:1，加压速率为2.0mm·s-1，制得长宽厚尺寸为1200mm×100mm×5mm的板材，其抗拉强度为193MPa，屈服强度为144MPa，延伸率高达21％；
S3、将步骤S2制得的板材对等切割成600mm×100mm×5mm的板材，而后对板材进行表面脱脂处理，再用酒精和丙酮混合溶液进行清洗，并用钢丝刷进行表面打磨，以进行表面粗糙化处理；而后进行干燥；
S4、将步骤S3处理后的板材叠放、并用铆接方式对四角进行固定，而后在350℃下保温30min，然后进行轧制，轧制速度为10m/min，压下量为50％，制得复合板材；
S5、将复合板材对等切割，而后重复3次步骤S4和步骤S5的操作，累积进行4道次叠轧，得到产品复合材料。
经检测，所制得产品复合材料的抗拉强度为260Mpa，屈服强度为242Mpa，延伸率为7％。相比叠轧前，抗拉强度提升34.7％，屈服强度提升68.0％，延伸率下降63％。晶粒短轴尺寸为2～4μm，轧制过程边裂小于7％。另外，采用扫描电子显微镜(SEM)对本实施例所制得铝基复合材料进行观察，所得结果如图1所示。
将产品复合材料经300℃保温1000h后进行测试，抗拉强度为243MPa，屈服强度为220MPa，下降幅度小于10％。晶粒尺寸变化不明显。
对比例1
本对比例制备了一种铝基复合材料，其与实施例1的区别在于：本对比例铝基复合材料在制备过程未经热挤压和累积叠轧处理。具体过程包括：将平均粒度D50为2.2μm的铝粉和平均粒度D50为7.4μm的碳化硼颗粒按照碳化硼的质量分数为12wt.％进行配比称重，采用干式混粉设备对粉体进行混合，混合后对粉体进行冷等静压和真空烧结，其中，冷等静压的压制压力为300MPa，烧结温度为420℃，得到致密度为90％的铝基复合材料。测得其抗拉强度为140Mpa，屈服强度为90Mpa，延伸率为5％，较低的性能源于坯料致密度的不足。晶粒尺寸为1～3μm。
对比例2
本对比例制备一种铝基复合材料，其与实施例1的区别在于：本对比例铝基复合材料制备过程在进行累积叠轧前未经热挤压处理。具体过程包括：
S1、将平均粒度D50为2.2μm的铝粉和平均粒度D50为7.4μm的碳化硼颗粒按照碳化硼的质量分数为12wt.％进行配比称重，采用干式混粉设备对粉体进行混合，混合后对粉体进行冷等静压和真空烧结，其中，冷等静压的压制压力为300MPa，烧结温度为420℃，得到致密度为90％的复合材料坯料；
S2、将步骤S1制得的复合材料坯料切割至600mm×100mm×5mm的两块板材，而后对板材进行表面脱脂处理，再用酒精和丙酮混合溶液进行清洗，并用钢丝刷进行表面打磨，以进行表面粗糙化处理，而后干燥；
S3、将步骤S2处理后的板材叠放、并用铆接方式对四角进行固定，而后在350℃下保温30min，然后进行轧制，轧制速度为10m/min，压下量为50％。
步骤S3中，在轧制过程中发生深度超过30％宽度的明显边裂，轧制失败，也无法再切割进行后续的轧制变形，这是由于没有经过挤压变形的致密化，坯料内部易萌生微裂纹导致的变型能力差。
对比例3
本对比例制备了一种铝基复合材料，其与实施例1的区别在于：本对比例铝基复合材料制备过程未经累积叠轧处理。具体过程包括：
S1、将平均粒度D50为2.2μm的铝粉和平均粒度D50为7.4μm的碳化硼颗粒按照碳化硼的质量分数为12wt.％进行配比称重，采用干式混粉设备对粉体进行混合，混合后对粉体进行冷等静压和真空烧结，其中，冷等静压的压制压力为300MPa，烧结温度为420℃，得到致密度为90％的坯料；
S2、将坯料进行热挤压加工，热挤压温度为500℃，挤压比为18:1，加压速率为2.0mm·s-1，制得长宽厚尺寸为1200mm×100mm×5mm的板材，即铝基复合材料。
经测试，该铝基复合材料的抗拉强度为186MPa，屈服强度为140MPa，延伸率高达32.5％。晶粒尺寸为1～3μm。将铝基复合材料经300℃保温1000h后进行测试，抗拉强度为177MPa，屈服强度为129MPa，下降幅度小于10％，晶粒尺寸变化不明显。
对比例4
本对比例制备一种铝基复合材料，其与实施例1的区别在于：本对比例在累积叠轧前的保温温度不同于实施例1。具体过程包括：
S1、将平均粒度D50为2.2μm的铝粉和平均粒度D50为7.4μm的碳化硼颗粒按照碳化硼的质量分数为12wt.％进行配比称重，采用干式混粉设备对粉体进行混合，混合后对粉体进行冷等静压和真空烧结，其中，冷等静压的压制压力为300MPa，烧结温度为420℃，得到致密度为90％的坯料；
S2、将坯料进行热挤压加工，热挤压温度为500℃，挤压比为18:1，加压速率为2.0mm·s-1，制得长宽厚尺寸为1200mm×100mm×5mm的板材，其抗拉强度为186MPa，屈服强度为140MPa，延伸率高达32.5％；
S3、将步骤S2制得的板材对等切割成600mm×100mm×5mm的板材，而后对板材进行表面脱脂处理，再用酒精和丙酮混合溶液进行清洗，并用钢丝刷进行表面打磨，以进行表面粗糙化处理，而后干燥；
S4、将步骤S3处理后的板材叠放、并用铆接方式对四角进行固定，而后在240℃下保温30min，然后进行轧制，轧制速度为10m/min，压下量为50％。
步骤S4中，轧制前保温温度过低两板材无法完全焊合，实验失败。
对比例5
本对比例制备一种铝基复合材料，其与实施例1的区别在于：本对比例铝基复合材料在累积叠轧前的保温温度不同于实施例1。具体过程包括：
S1、将平均粒度D50为2.2μm的铝粉和平均粒度D50为7.4μm的碳化硼颗粒按照碳化硼的质量分数为12wt.％进行配比称重，采用干式混粉设备对粉体进行混合，混合后对粉体进行冷等静压和真空烧结，其中，冷等静压的压制压力为300MPa，烧结温度为420℃，得到致密度为90％的坯料；
S2、将坯料进行热挤压加工，热挤压温度为500℃，挤压比为18:1，加压速率为2.0mm·s-1，制得长宽厚尺寸为1200mm×100mm×5mm的板材，其抗拉强度为186MPa，屈服强度为140MPa，延伸率高达32.5％；
S3、将步骤S2制得的板材对等切割成600mm×100mm×5mm的板材，而后对板材进行表面脱脂处理，再用酒精和丙酮混合溶液进行清洗，并用钢丝刷进行表面打磨，以进行表面粗糙化处理，而后干燥；
S4、将步骤S3处理后的板材叠放、并用铆接方式对四角进行固定，而后在370℃下保温30min，然后进行轧制，轧制速度为10m/min，压下量为50％，制得复合板材；
S5、将复合板材对等切割，而后重复3次步骤S4和步骤S5的操作，累积进行4道次叠轧，得到铝基复合材料。
经检测，该铝基复合材料的抗拉强度为220Mpa，屈服强度为202Mpa，延伸率为12％。相比叠轧前，抗拉强度提升18.3％，屈服强度提升44.3％，延伸率下降63％。轧制温度高，变形容易，但性能略下降。
将铝基复合材料经300℃保温1000h后进行测试，抗拉强度为197MPa，屈服强度为180MPa，下降幅度大于10％，晶粒尺寸变化不明显。
对比例6
本对比例制备一种铝基复合材料，其与实施例1的区别在于：本对比例铝基复合材料在制备过程的热挤压温度不同于实施例1。具体过程包括：
S1、将平均粒度D50为2.2μm的铝粉和平均粒度D50为7.4μm的碳化硼颗粒按照碳化硼的质量分数为12wt.％进行配比称重，采用干式混粉设备对粉体进行混合，混合后对粉体进行冷等静压和真空烧结，其中，冷等静压的压制压力为300MPa，烧结温度为420℃，得到致密度为90％的坯料；
S2、将坯料进行热挤压加工，热挤压温度为450℃，挤压比为18:1，加压速率为2.0mm·s-1，制得长宽厚尺寸为1200mm×100mm×5mm的板材，其抗拉强度为220MPa，屈服强度为193MPa，延伸率高达10.5％；
S3、将步骤S2制得的板材对等切割成600mm×100mm×5mm的板材，而后对板材进行表面脱脂处理，再用酒精和丙酮混合溶液进行清洗，并用钢丝刷进行表面打磨，以进行表面粗糙化处理，而后干燥；
S4、将步骤S3处理后的板材叠放、并用铆接方式对四角进行固定，而后在350℃下保温30min，然后进行轧制，轧制速度为10m/min，压下量为50％，制得复合板材；
S5、将复合板材对等切割，而后重复3次步骤S4和步骤S5的操作，累积进行4道次叠轧，得到铝基复合材料，其抗拉强度为227Mpa，屈服强度为209Mpa，延伸率为7％。相比叠轧前，抗拉强度提升3.2％，屈服强度提升8.3％，延伸率下降33％。
以上步骤S2中热挤压温度低，坯料成型后力学性能高，但氧化铝颗粒未发生转变，变形性能差，也不利于后续轧制；步骤S5中挤压坯料变形能力差导致轧制过程性能提高不明显，而且出现了超过25％的较明显的边裂。晶粒短轴尺寸为1～3μm。
对比例7
本对比例制备一种铝基复合材料，其与实施例1的区别在于：本对比例铝基复合材料在制备过程的热挤压温度不同于实施例1。具体过程包括：
S1、将平均粒度D50为2.2μm的铝粉和平均粒度D50为7.4μm的碳化硼颗粒按照碳化硼的质量分数为12wt.％进行配比称重，采用干式混粉设备对粉体进行混合，混合后对粉体进行冷等静压和真空烧结，其中，冷等静压的压制压力为300MPa，烧结温度为420℃，得到致密度为90％的坯料；
S2、将坯料进行热挤压加工，热挤压温度为600℃，挤压比为18:1，加压速率为2.0mm·s-1，制得长宽厚尺寸为1200mm×100mm×5mm的板材，其抗拉强度为177MPa，屈服强度为135MPa，延伸率高达40.5％；
S3、将步骤S2制得的板材对等切割成600mm×100mm×5mm的板材，而后对板材进行表面脱脂处理，再用酒精和丙酮混合溶液进行清洗，并用钢丝刷进行表面打磨，以进行表面粗糙化处理，而后干燥；
S4、将步骤S3处理后的板材叠放、并用铆接方式对四角进行固定，而后在350℃下保温30min，然后进行轧制，轧制速度为10m/min，压下量为50％，制得复合板材；
S5、将复合板材对等切割，而后重复3次步骤S4和步骤S5的操作，累积进行4道次叠轧，得到铝基复合材料。
以上步骤S2中热挤压温度高，坯料成型容易，但力学性能较差，但氧化铝颗粒也发生转变，因此利于后续轧制。
经检测，该铝基复合材料的抗拉强度为232Mpa，屈服强度为214Mpa，延伸率为17％。相比叠轧前，抗拉强度提升31.1％，屈服强度提升58.5％，延伸率下降58％。晶粒短轴尺寸为5～10μm。
将该铝基复合材料经300℃保温1000h后进行测试，抗拉强度为205MPa，屈服强度为187MPa，下降幅度大于10％，晶粒尺寸进一步增大，约为8-15μm。在高温挤压工序中，因温度过高已经开动长大的晶粒，在后续长时间保温过程中容易继续长大，进一步造成性能下降。
具体地，将以上各实施例和对比例铝基复合材料制备过程的部分工艺控制和材料性能(包括抗拉强度、屈服强度和延伸率)测试结果汇总如表1所示：
表1
Figure BDA0002940990590000101
由表1，以及以上各实施例、对比例铝基复合材料和性能测试结果，具体通过对比实施例1～2和对比例1、3、6、7可知，实施例1、2铝基复合材料以细铝粉和陶瓷颗粒增强体碳化硼为原料制得坯料后，在非晶氧化铝向晶态γ-氧化铝转变温度区间进行热挤压，有利于促进连续层非晶氧化铝向非连续颗粒状晶态γ-氧化铝转变，并改善复合材料基体缺陷，得到强度适中但延伸率较高的复合材料挤压板材，挤压板材成形性能极好且表面质量高，为累积叠轧提供了条件。另外，通过对比实施例1～2和对比例4～5可知，对经热挤压处理、切割后的板材在再结晶温度以下进行累积叠轧，在颗粒状γ-氧化铝有效钉扎下，复合材料晶粒尺寸极大程度细化且稳定性好，板材无边裂，有利于累积叠轧的进行，所制得复合材料力学性能优异，热稳定性好，板材的率高。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种铝基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将铝粉和陶瓷颗粒增强体混合制成坯料；所述铝粉的平均粒度D50为1～10μm；
S2、将所述坯料在480～580℃条件下进行热挤压，制成板材；
S3、将所述板材切割成至少两块，或者按照步骤S1和步骤S2总共制备至少两块所述板材；
S4、对步骤S3所得板材进行表面除杂处理和表面粗糙化处理，而后干燥；
S5、将步骤S4处理后的板材叠放，在250～350℃下进行保温，而后进行轧制。
2.根据权利要求1所述的铝基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中，热挤压过程的挤压比为5:1～25：1，挤压速率为0.5mm·s-1～2.0mm·s-1。
3.根据权利要求1所述的铝基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S5中，轧制过程的轧制速度为5～10m/min，压下量为50％±5％。
4.根据权利要求3所述的铝基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S5中，轧制前的保温时间为10～30min。
5.根据权利要求1所述的铝基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述陶瓷颗粒增强体占所述坯料的总质量的5～15％；优选地，所述陶瓷颗粒增强体选自碳化硼、碳化硅、金刚石中的至少一种；进一步优选地，所述陶瓷颗粒增强体的平均粒度D50为2～30μm。
6.根据权利要求1所述的铝基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S1具体包括：将铝粉和陶瓷颗粒增强剂混合，而后进行冷等静压，烧结，制成坯料。
7.根据权利要求1所述的铝基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S4中，所述表面除杂处理包括表面脱脂处理和清洗。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的铝基复合材料的制备方法，其特征在于，还包括：
S6、根据厚度需要，将步骤S5处理所得板材切割成至少两块，而后重复步骤S4和步骤S5的操作；再重复n次步骤S6的操作，其中，n为自然数。
9.一种铝基复合材料，其特征在于，由权利要求1至8中任一项所述的铝基复合材料的制备方法制得。
10.权利要求9所述的铝基复合材料在作为乏燃料干法或湿法贮存用中子吸收材料中的应用。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114574725A (zh) * 2022-02-24 2022-06-03 中国科学院金属研究所 一种Al2O3/Al耐高温铝基复合材料的制备和变形方法
CN116497250A (zh) * 2023-06-27 2023-07-28 有研工程技术研究院有限公司 一种高模量铝基复合材料箔材及其制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004009859A1 (ja) * 2002-07-18 2004-01-29 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha 銅合金、銅合金の製造方法、銅複合材および銅複合材の製造方法
CN105779915A (zh) * 2016-03-17 2016-07-20 江苏大学 一种高强韧铝基纳米复合材料的制备方法
CN108076645A (zh) * 2015-07-17 2018-05-25 霍尼韦尔国际公司 金属和金属合金制品的热处理方法
CN111299320A (zh) * 2020-03-16 2020-06-19 吉林大学 一种多层陶瓷颗粒强韧复合构型铝合金板材的制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004009859A1 (ja) * 2002-07-18 2004-01-29 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha 銅合金、銅合金の製造方法、銅複合材および銅複合材の製造方法
CN108076645A (zh) * 2015-07-17 2018-05-25 霍尼韦尔国际公司 金属和金属合金制品的热处理方法
CN105779915A (zh) * 2016-03-17 2016-07-20 江苏大学 一种高强韧铝基纳米复合材料的制备方法
CN111299320A (zh) * 2020-03-16 2020-06-19 吉林大学 一种多层陶瓷颗粒强韧复合构型铝合金板材的制备方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114574725A (zh) * 2022-02-24 2022-06-03 中国科学院金属研究所 一种Al2O3/Al耐高温铝基复合材料的制备和变形方法
CN116497250A (zh) * 2023-06-27 2023-07-28 有研工程技术研究院有限公司 一种高模量铝基复合材料箔材及其制备方法
CN116497250B (zh) * 2023-06-27 2023-10-27 有研工程技术研究院有限公司 一种高模量铝基复合材料箔材及其制备方法

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