[发明专利]一种高强韧高中子吸收铝基复合材料的制备方法和装置

说明书

本发明涉及铝基复合材料，特指一种高强韧高中子吸收铝基复合材料的制备方法和装置。本发明将高中子吸收、高稳定的微米级B₄C外加增强体与高中子捕获能力的含B、Cd、Hf元素的原位纳米增强体相结合，利用微米增强体的大截面积实现对中子的高效吸收、借助高度弥散的原位纳米增强体实现对透过微米增强体间隙射线的有效捕获，并通过纳米增强体的高弥散强韧化作用、显著提高复合材料强韧性，获得高强韧高中子吸收的颗粒增强体铝基复合材料。

技术领域

本发明涉及铝基复合材料，特指一种高强韧高中子吸收铝基复合材料的制备方法和装置。

背景技术

颗粒增强铝基复合材料具有高导热，低膨胀，高比强度，高弹性模量等优异的性能，具有广泛的应用前景。其中B₄C增强铝基复合材料因其优异的中子吸收性能在核能源相关工业中得到了广泛的应用。但是和传统颗粒增强金属材料一样，随着结构功能的增强，材料的塑韧性会大幅度下降。

铝基复合材料的原位合成工艺是近些年发展的新技术，原位颗粒增强铝基复合材料具有增强体尺寸小、热稳定性好、界面结合强度高等优点，在航空、航天、汽车、机械等工业领域有广泛的应用。近些年的一些研究表明，当增强体颗粒尺寸减小至纳米级时，单位体积内纳米颗粒的表面积急剧增大、复合强化效果大幅提高，从而使纳米颗粒增强铝基复合材料具有更高的比强度、比模量和耐高温性能，同时含B、Cd、Hf元素的原位纳米增强体具备良好的中子吸收性能。因此研究制备微米B₄C增强体和含B、Cd、Hf元素的原位纳米增强体铝基复合材料有重要的研究意义。

但是目前B₄C和原位纳米增强铝基复合材料存在一些严重的问题(1)B₄C增强体颗粒与基体浸润困难，容易发生界面反应。(2)由于纳米颗粒巨大的界面能使得原位生成的纳米颗粒趋于团聚，导致复合材料的强韧性较低等问题。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的不足，如B₄C增强体颗粒与基体浸润困难，容易发生界面反应；原位纳米颗粒增强铝基复合材料中纳米颗粒趋于团聚；铸态晶粒尺寸较为粗大；纳米颗粒仅发挥增强体的强化作用，强度提升有限等，提出的一种实现高强韧高中子吸收铝基复合材料的制备方法及其制备装置，一方面促进B₄C增强体颗粒与基体浸润，另一方面充分改善纳米颗粒的团聚问题，使其分布均匀，并极大地细化铝基复合材料的晶粒，大幅度提高复合材料的强韧性。

本发明将高中子吸收、高稳定的微米级B₄C外加增强体与高中子捕获能力的含B、Cd、Hf元素的原位纳米增强体相结合，利用微米增强体的大截面积实现对中子的高效吸收、借助高度弥散的原位纳米增强体实现对透过微米增强体间隙射线的有效捕获，并通过纳米增强体的高弥散强韧化作用、显著提高复合材料强韧性，获得高强韧高中子吸收的颗粒增强体铝基复合材料。

本发明采用自主设计径向磁场与超声场耦合一体化复合制备装置，一方面通过径向磁场的拌加超声场的作用使成分更加均匀，促进B₄C增强体颗粒与基体浸润以及原位纳米复合，实现成分均匀分布，B₄C颗粒与铝基体结合良好的复合材料，最终获得高强韧和优异的中子吸收性能的颗粒增强铝基复合材料。

本发明设计的径向磁场与超声场耦合一体化复合制备装置,是由电磁感应加热装置，径向磁场装置，超声场装置组成的一体化复合装置。

所述的径向磁场与超声场耦合一体化复合制备装置，包括电磁感应加热装置，径向磁场装置，超声装置，坩埚设在电磁感应加热装置内，电磁感应加热装置外围设有径向磁场装置；超声装置位于一体化复合制备装置底部。

所述复合制备装置顶部设有两个出气口和一个加料管。

所述复合制备装置两边外侧的上部分别设有一个氩气通风管道。