一种碳化硼梯度含量的铝基层状中子屏蔽板的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种碳化硼梯度含量的铝基层状中子屏蔽板的制备方法，是针对高含量碳化硼铝合金基复合材料塑性变形难的弊端，采用铝合金为基体材料，由外层向内层碳化硼含量逐渐升高的方式，采用真空烧结技术制备中子屏蔽板的坯料，经热挤压和热轧制，制成碳化硼梯度含量铝基层状中子屏蔽板，此制备方法工艺先进，数据精确翔实，制备的层状中子屏蔽板抗拉强度达240MPa，延伸率达6.3％，可做核防护的中子屏蔽材料使用，是先进的制备层状梯度金属基复合材料的方法。

Method for preparing aluminium base grade neutron shielding plate with boron carbide gradient content

The invention relates to a preparation method of a boron carbide content gradient aluminum thebedded neutron shielding plate, is aimed at high content of boron carbide Aluminum Alloy composite plastic deformation problems difficult, using Aluminum Alloy matrix material from the outer layer to the inner layer of boron carbide content gradually increased, the neutron shielding plate with blank preparation vacuum sintering technology, after hot extrusion and hot rolling, made of boron carbide content gradient aluminum matrix layered neutron shielding plate, the preparation method has the advantages of advanced technology, data accurate and informative, layered neutron shielding plate preparation tensile strength up to 240MPa, elongation of 6.3%, the use of neutron shielding material to do nuclear protection, method preparation of layered gradient metal base composite material is advanced.

【技术实现步骤摘要】
一种碳化硼梯度含量的铝基层状中子屏蔽板的制备方法
本专利技术涉及一种碳化硼梯度含量的铝基层状中子屏蔽板的制备方法，属有色金属制备及应用的

技术介绍
碳化硼中硼的同位素B10具有较大的中子吸收截面，常被用于中子屏蔽材料中的中子吸收体，碳化硼属于陶瓷材料，难以制备成板材；通常将碳化硼颗粒添加到金属基体当中，制备成金属基复合材料；在金属基复合材料内部，只有当碳化硼颗粒含量高于某一临界值时，才能满足屏蔽中子的要求。当高含量的碳化硼颗粒添加到金属基体中时，会降低金属基体的塑性，易导致金属基复合材料在挤压、轧制等塑性变形过程中产生边缘、表面开裂现象，难以制备成大尺寸的板材。采用真空电流活化烧结方法可制备含碳化硼颗粒的层状梯度铝合金基复合材料，在材料中可添加单质硼和氧化铕作为中子吸收增强剂；制备出的复合材料坯料还可经过热挤压和热轧制成碳化硼层状梯度中子屏蔽板，屏蔽板中的碳化硼颗粒含量可由中间层向上下表层逐渐降低；采用真空电流活化烧结复合材料坯料，烧结速度快，坯料内部层数和层内的碳化硼颗粒含量选择范围宽，组元之间的界面结合强度高；坯料经过热挤压和热轧制后成板材，复合材料内部的微气孔、微裂纹会减少，材料的致密度会提高，是一种切实可行的制备高碳化硼颗粒含量的金属基层状梯度复合材料的方法，此制备方法还在科学研究中。
技术实现思路
专利技术目的本专利技术的目的是针对高含量碳化硼颗粒在铝基复合材料的塑性变形过程中易产生边缘、表面开裂，难以制成板材的难题，采用碳化硼为中子吸收剂，单质硼和氧化铕为中子吸收增强剂，镁粉、钛粉和硅粉为添加剂，铝合金为基体，经配料混粉，用真空电流烧结法制成层状圆形坯料，经热挤压和热轧制，成中间层碳化硼颗粒含量高、上下表层碳化硼颗粒含量低的碳化硼层状梯度中子屏蔽板，以提高屏蔽材料的中子屏蔽性能，克服高含量碳化硼铝基复合材料在热挤压、热轧制过程中的开裂现象，提高铝基碳化硼复合材料的力学性能。技术方案本专利技术使用的化学物质材料为：铝合金粉、碳化硼粉、硼粉、氧化铕粉、钛粉、镁粉、硅粉、无水乙醇、不锈钢板、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Ra0.08-0.16μm，模具型腔尺寸为Φ30mm×80mm；(2)制备导向块导向块用石墨材料制作，导向块尺寸为Φ30mm×30mm，导向块上端部开有四条相互平行的隔板槽，隔板槽宽度为0.3mm，深度为10mm；(3)制备隔离板隔离板用不锈钢板制作，不锈钢板成矩形体，第二隔离板、第三隔离板尺寸均为20mm×0.3mm×85mm，共2块；第一隔离板、第四隔离板尺寸均为15mm×0.3mm×85mm，共2块；(4)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；(5)配料①称取铝合金粉60g±0.01g、碳化硼粉30g±0.01g、硼粉3g±0.01g、氧化铕粉2g±0.01g、钛粉3g±0.01g、镁粉1g±0.01g、硅粉1g±0.01g，置于球磨罐A中，并密闭；球磨后成A配粉；铝合金粉:碳化硼粉:硼粉:氧化铕粉:钛粉:镁粉:硅粉＝60:30:3:2:3:1:1；②称取铝合金粉75g±0.01g、碳化硼粉15g±0.01g、硼粉3g±0.01g、氧化铕粉2g±0.01g、钛粉3g±0.01g、镁粉1g±0.01g、硅粉1g±0.01g，置于球磨罐B中，并密闭；球磨后成B配粉；铝合金粉:碳化硼粉:硼粉:氧化铕粉:钛粉:镁粉:硅粉＝75:15:3:2:3:1:1；③称取铝合金粉85g±0.01g、碳化硼粉5g±0.01g、硼粉3g±0.01g、氧化铕粉2g±0.01g、钛粉3g±0.01g、镁粉1g±0.01g、硅粉1g±0.01g，置于球磨罐C中，并密闭；球磨后成C配粉；铝合金粉:碳化硼粉:硼粉:氧化铕粉:钛粉:镁粉:硅粉＝85:5:3:2:3:1:1；(6)球磨混粉将球磨罐A、B、C分别置于球磨机上，分别进行球磨混粉，球磨混粉转数均为400r/min，球磨混粉时间均为90min，球磨后成三种混合粉，即A混合粉，B混合粉，C混合粉；(7)装料①将圆筒形模具垂直置于钢质平板上，将导向块垂直置于模具型腔内底部，导向槽朝上；按第一隔离板、第二隔离板、第三隔离板、第四隔离板顺序插入模具的隔离槽上部，将A配粉装入第二隔离板、第三隔离板中间部位，并压实；②将B配粉等分后分别装入第一隔离板和第二隔离板之间部位、第三隔离板和第四隔离板之间部位，并压实；③将C配粉等分后分别装入第一隔离板和石墨模具之间部位、第四隔离板和石墨模具之间部位，并压实；④取出四个隔离板，在混合粉上部放置石墨纸，在石墨纸上部放置模具垫块；⑤将装有混合粉的石墨模具倒置，取出导向块，在混合粉上部放置石墨纸，在石墨纸上部放置模具压块；(7)坯料真空电流活化烧结坯料烧结是在真空电流活化烧结炉内进行的，是在真空环境下、加热、施压过程中完成的；①打开真空电流活化烧结炉，将装料的石墨模具平行垂直移入炉腔内的下电极上部，并由上电极压紧石墨模具，并固定，密闭；②开启外水循环冷却管，进行外水循环冷却，开启真空泵，抽取炉内空气，使炉内压强≤2Pa；③开启压力电机，对模具施压，施压压力5MPa，并恒压；④开启电流活化加热器，对模具进行加热，加热温度至350℃时，加大压力至30MPa，并恒压；继续对模具进行加热，加热温度至600℃时，在30MPa下恒温保温保压15min；⑤真空电流活化烧结后，停止加热，停止施压，随炉冷却至25℃；⑥打开真空电流活化烧结炉，取出石墨模具；开模取出烧结块体，即为碳化硼梯度含量的铝基层状中子屏蔽板坯料；(8)打磨处理将铝基层状中子屏蔽板坯料置于钢质平板上，用砂纸打磨圆周及端面，使其清洁；然后用无水乙醇清洗，使其洁净；(9)铝基层状中子屏蔽板的挤压铝基层状中子屏蔽板的挤压是在立式压力机上进行的，是在加热、加压和导流凹模作用下完成的；①制备导流模具，导流模具用铬钼钢制作，导流凹模型腔呈圆形槽状，型腔表面粗糙度Ra0.08-0.16μm；导流凸模为圆柱状，凸模表面粗糙度Ra0.08-0.16μm；导流模具出料口呈矩形槽状，出料口表面粗糙度Ra0.08-0.16μm；②将导流凹模置于压力机工作台上，在导流凹模内壁涂抹润滑剂石墨乳；③将铝基层状中子吸收板坯料置于导流凹模内，挤压机上部的凸模垂直对准导流凹模；④开启压力机工作台上的加热器，对装有坯料的导流凹模进行加热，加热温度480℃，恒温保温20min；⑤开启压力机，对准挤压凸模进行施压，将坯料挤入导流凹模内，并由导流凹模出料口导出，成铝基层状中子屏蔽板坯料；(10)铝基层状中子屏蔽板的轧制铝基层状中子屏蔽板的轧制是在辊轧机上进行的，是在加热条件下完成的；①预热，将铝基层状中子屏蔽板坯料置于加热炉内加热，加热温度480℃，恒温保温时间40min；②将铝基层状中子屏蔽板置于辊轧机的上轧辊和下轧辊之间；③开启辊轧机的上轧辊加热转动控制器、下轧辊加热转动控制器，铝基层状中子屏蔽板由左向右轧制；上轧辊逆时针转动，下轧辊顺时针转动；轧制道次5道次；轧制后成碳化硼梯度含量的铝基层状中子屏蔽板；(11)打磨、清洗将本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳化硼梯度含量的铝基层状中子屏蔽板的制备方法，其特征在于：使用的化学物质材料为：铝合金粉、碳化硼粉、硼粉、氧化铕粉、钛粉、镁粉、硅粉、无水乙醇、不锈钢板、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

【技术特征摘要】
1.一种碳化硼梯度含量的铝基层状中子屏蔽板的制备方法，其特征在于：使用的化学物质材料为：铝合金粉、碳化硼粉、硼粉、氧化铕粉、钛粉、镁粉、硅粉、无水乙醇、不锈钢板、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Ra0.08-0.16μm，模具型腔尺寸为Φ30mm×80mm；(2)制备导向块导向块用石墨材料制作，导向块尺寸为Φ30mm×30mm，导向块上端部开有四条相互平行的隔板槽，隔板槽宽度为0.3mm，深度为10mm；(3)制备隔离板隔离板用不锈钢板制作，不锈钢板成矩形体，第二隔离板、第三隔离板尺寸均为20mm×0.3mm×85mm，共2块；第一隔离板、第四隔离板尺寸均为15mm×0.3mm×85mm，共2块；(4)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；(5)配料①称取铝合金粉60g±0.01g、碳化硼粉30g±0.01g、硼粉3g±0.01g、氧化铕粉2g±0.01g、钛粉3g±0.01g、镁粉1g±0.01g、硅粉1g±0.01g，置于球磨罐A中，并密闭；球磨后成A配粉；铝合金粉:碳化硼粉:硼粉:氧化铕粉:钛粉:镁粉:硅粉＝60:30:3:2:3:1:1；②称取铝合金粉75g±0.01g、碳化硼粉15g±0.01g、硼粉3g±0.01g、氧化铕粉2g±0.01g、钛粉3g±0.01g、镁粉1g±0.01g、硅粉1g±0.01g，置于球磨罐B中，并密闭；球磨后成B配粉；铝合金粉:碳化硼粉:硼粉:氧化铕粉:钛粉:镁粉:硅粉＝75:15:3:2:3:1:1；③称取铝合金粉85g±0.01g、碳化硼粉5g±0.01g、硼粉3g±0.01g、氧化铕粉2g±0.01g、钛粉3g±0.01g、镁粉1g±0.01g、硅粉1g±0.01g，置于球磨罐C中，并密闭；球磨后成C配粉；铝合金粉:碳化硼粉:硼粉:氧化铕粉:钛粉:镁粉:硅粉＝85:5:3:2:3:1:1；(6)球磨混粉将球磨罐A、B、C分别置于球磨机上，分别进行球磨混粉，球磨混粉转数均为400r/min，球磨混粉时间均为90min，球磨后成三种混合粉，即A混合粉，B混合粉，C混合粉；(7)装料①将圆筒形模具垂直置于钢质平板上，将导向块垂直置于模具型腔内底部，导向槽朝上；按第一隔离板、第二隔离板、第三隔离板、第四隔离板顺序插入模具的隔离槽上部，将A配粉装入第二隔离板、第三隔离板中间部位，并压实；②将B配粉等分后分别装入第一隔离板和第二隔离板之间部位、第三隔离板和第四隔离板之间部位，并压实；③将C配粉等分后分别装入第一隔离板和石墨模具之间部位、第四隔离板和石墨模具之间部位，并压实；④取出四个隔离板，在混合粉上部放置石墨纸，在石墨纸上部放置模具垫块；⑤将装有混合粉的石墨模具倒置，取出导向块，在混合粉上部放置石墨纸，在石墨纸上部放置模具压块；(7)坯料真空电流活化烧结坯料烧结是在真空电流活化烧结炉内进行的，是在真空环境下、加热、施压过程中完成的；①打开真空电流活化烧结炉，将装料的石墨模具平行垂直移入炉腔内的下电极上部，并由上电极压紧石墨模具，并固定，密闭；②开启外水循环冷却管，进行外水循环冷却，开启真空泵，抽取炉内空气，使炉内压强≤2Pa；③开启压力电机，对模具施压，施压压力5MPa，并恒压；④开启电流活化加热器，对模具进行加热，加热温度至350℃时，加大压力至30MPa，并恒压；继续对模具进行加热，加热温度至600℃时，在30MPa下恒温保温保压15min；⑤真空电流活化烧结后，停止加热，停止施压，随炉冷却至25℃；⑥打开真空电流活化烧结炉，取出石墨模具；开模取出烧结块体，即为碳化硼梯度含量的铝基层状中子屏蔽板坯料；(8)打磨处理将铝基层状中子屏蔽板坯料置于钢质平板上，用砂纸打磨圆周及端面，使其清洁；然后用无水乙醇清洗，使其洁净；(9)铝基层状中子屏蔽板的挤压铝基层状中子屏蔽板的挤压是在立式压力机上进行的，是在加热、加压和导流凹模作用下完成的；①制备导流模具，导流模具用铬钼钢制作，导流凹模型腔呈圆形槽状，型腔表面粗糙度Ra0.08-0.16μm；导流凸模为圆柱状，凸模表面粗糙度Ra0...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈洪胜，王文先，张宇阳，邓坤坤，闫志峰，张媛琦，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西,14