[发明专利]面向中子防护的铝基碳化硼结构的增材制造方法

权利要求书

1.面向中子防护的铝基碳化硼结构的增材制造方法，其特征在于，包括下述步骤：

复杂铝合金点阵结构成形，将铝合金实体结构通过拓扑优化再设计为点阵结构，并通过激光选区熔化技术对其进行制造成形；所述点阵结构成形异形结构件，所述点阵结构为内部为具有一定孔隙率的多孔结构，而外部轮廓则为实体但留有碳化硼粉末填充口，所述点阵结构满足孔杆在成形生长方向倾角大于45度，或者孔杆长度不超2mm；

碳化硼粉末填充，将细小的碳化硼粉末灌入铝合金点阵结构中，使碳化硼粉末充满铝合金点阵结构内部的孔隙；

铝合金点阵结构封口，将铝合金点阵结构的碳化硼粉末填充口通过激光选区熔化技术进行再增材，从而使再增材后的铝合金点阵结构外部轮廓实体完整，进而将碳化硼粉末完好的密封在内部；

其中，所述将铝合金实体结构通过拓扑优化再设计为点阵结构的步骤中，具体为：

根据中子防护应用环境要求，对中子防护的屏蔽材料进行外形构造，借助有限元分析应力情况以及中子辐射密集度进行外形拓扑优化与点阵结构密度设计，根据应力分布情况，应力大的地方，对外形的厚度以及点阵密度要求高，以承受更大的应力，满足强度与刚度要求；对中子辐射密集的地方，外形厚度减薄，点阵密度降低，给中子吸收材料碳化硼留取更大空间；

所述点阵结构满足孔杆直径超过0.1mm，点阵结构具有互通性，便于碳化硼材料流动与填充密实性；

对于点阵结构根据需求设计成外层与内层孔隙密度不同，为梯度，或为非均质孔隙密度点阵结构，以满足辐射防滑的要求；

其中，所述通过激光选区熔化技术对其进行制造成形的步骤，具体为：

首先在基板上铺粉上铝基材料，激光通过振镜偏转实现光束辐射在铝基材料，辐射部分熔化铝基材料，在快熔快凝的作用下，实现铝基材料的造型；

铝基材料的造型特点在底面以及侧面多孔是封闭的或者采用封闭板进行封闭；铝基材料内部为互通的点阵结构；

激光选区熔化通过一层一层成形铝基点阵结构后，将基板从设备中取出来，通过超声振动方式，将存留在点阵结构中的粉末流出；

此时加入碳化硼颗粒材料，流动性良好的碳化硼颗粒流入点阵结构中，同时利用超声振动方式进行压实；

其中，所述将铝合金点阵结构的碳化硼粉末填充口通过激光选区熔化技术进行再增材的步骤，具体为：

基板连同放有碳化硼的铝基点阵结构一同放入激光选区熔化设备，在铝基点阵结构周边置放铝基粉末材料，直到上层均匀放置一层材料为止，在激光作用下熔化新覆盖的铝基粉末材料，在上层成形为封闭点阵结构或者封闭板，从而将整体结构进行封闭，从而通过铝基点阵结构的设计与成形，实现碳化硼材料的分布。

2.根据权利要求1所述面向中子防护的铝基碳化硼结构的增材制造方法，其特征在于，所述孔隙率为500μm—5mm。

3.根据权利要求1所述面向中子防护的铝基碳化硼结构的增材制造方法，其特征在于，所述多孔结构的孔隙密度呈现外部孔隙低，内部孔隙多的分布，孔隙率分布依据中子辐射密集度进行设计与成形。

4.根据权利要求1所述面向中子防护的铝基碳化硼结构的增材制造方法，其特征在于，所述碳化硼粉末的粒径为微米至纳米级；对于流动比较差的纳米碳化硼粉末材料，包覆聚乙烯材料，使得颗粒变大，或者混入聚丙烯以及流变剂改性的聚乙烯材料中在加温条件下流入铝基点阵结构中。

5.根据权利要求1所述面向中子防护的铝基碳化硼结构的增材制造方法，其特征在于，还包括下述步骤：将成形后的铝基碳化硼进行后处理，进一步提升使用性能，通过加热加压下对铝基点阵结构进行微量变形，实现铝基点阵结构与碳化硼进一步压实。

6.根据权利要求1所述面向中子防护的铝基碳化硼结构的增材制造方法，其特征在于，对于超过激光选区熔化成形的防护件，采用拼接方式完成，拼接口的防护做好碳化硼全覆盖无漏缝。