[发明专利]一种层状梯度中子吸收材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种层状梯度中子吸收材料的制备方法，是针对高含量碳化硼和稀土氧化物铝合金基复合材料塑性变形困难的弊端，采用铝合金为外层材料，由外层向内层碳化硼和稀土氧化物含量逐渐升高的方式，采用等离子放电烧结技术制备中子吸收材料坯料，在液压压力机上热挤压，经轧机热轧制成层状梯度中子吸收材料，此制备方法工艺先进，数据精确翔实，制备的中子吸收材料抗拉强度达240MPa，伸长率达6.3%，抗腐蚀性能可提高70%，可做核防护的中子吸收材料使用，是先进的制备层状梯度金属基复合材料的方法。

技术领域

本发明涉及一种层状梯度中子吸收材料的制备方法，属有色金属制备及应用的技术领域。

背景技术

碳化硼中的硼和稀土氧化物，例如氧化钐、氧化铕、氧化钆中的钐、铕、钆元素具有大的中子吸收截面，且碳化硼和稀土氧化物价格低廉，常被应用于核电站屏蔽材料中的中子吸收体，屏蔽吸收中子；但由于碳化硼和稀土氧化物很难制备成板材，常将碳化硼和稀土氧化物添加到铝合金中制备成铝合金基复合材料。

在铝合金基复合材料内部，只有当碳化硼和稀土氧化物含量高于临界值时，才能满足完全屏蔽吸收中子；高含量的碳化硼和稀土氧化物添加到铝合金基体内部时，由于碳化硼和稀土氧化物与铝合金基体之间的界面润湿性能差，界面结合强度低，导致复合材料在挤压、轧制等塑性变形过程中产生开裂，难以制备高含量碳化硼和稀土氧化物的铝合金基复合材料。

采用等离子放电烧结技术烧结不同碳化硼和稀土氧化物含量的层状铝合金基复合材料坯料，坯料经过热挤压和热轧制后制备成层状梯度中子吸收材料，碳化硼和稀土氧化物含量由中心向外层降低，最外层为铝合金；等离子放电烧结制备坯料时，烧结速度快，坯料内部层数选择范围宽；有利于碳化硼和稀土氧化物与铝合金基体之间的界面结合；坯料经过热挤压后，材料致密度提高，挤压后轧制成板材，是一种切实可行的制备层状梯度复合材料的制备方法。

发明内容

发明目的

本发明的目的是针对高含量碳化硼和稀土氧化物铝合金基复合材料的应用情况，采用碳化硼和氧化钆为中子吸收体、铝合金为基体材料、钛粉和镁粉为添加剂，将不同组分含量的混合粉用等离子放电烧结技术烧结成层状圆形坯料；坯料经过热挤压和热轧制后成芯部碳化硼和稀土氧化物含量高、外层含量低的层状梯度中子吸收材料，以提高中子吸收材料的屏蔽性能，降低屏蔽材料的厚度和体积，以适应核防护屏蔽的需要。

技术方案

本发明使用的化学物质材料为：铝合金粉、碳化硼粉、氧化钆粉、钛粉、镁粉、无水乙醇、铝合金板、石墨纸、石墨乳，其组合准备用量如下：以克、毫升、毫米为计量单位

制备方法如下：

(1)制备圆筒形模具

圆筒形模具用石墨材料制作，模具型腔表面粗糙度为Ra 0.08-0.16μm，模具型腔尺寸为Φ30mm×80mm；

(2)制备隔离层

隔离层用铝合金板制作，将铝合金板制作成圆筒形，一个为Φ20mm× 85mm，另一个为Φ15mm×85mm；

(3)预氧化处理碳化硼粉

将碳化硼粉置于石英容器中，然后置于加热炉中进行预氧化处理，预氧化温度450℃，预氧化时间30min；

(4)配料

①称取铝合金粉25.2g±0.01g、碳化硼粉3g±0.01g、氧化钆粉0.6g± 0.01g、钛粉0.3g±0.01g、镁粉0.3g±0.01g，置于球磨罐A中，并密闭；

铝合金粉：碳化硼粉：氧化钆粉：钛粉：镁粉＝86:10:2:1:1；