[發明專利]一種高強韌高中子吸收鋁基復合材料的制備方法和裝置

有效

• 申請號: 202010060933.5
• 申請日: 2020-01-19
• 公開（公告）號: CN111118329B
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發明（設計）人: 怯喜周;武林;彭艷杰;黃爍銘;陳銳崐;許曉靜;陳剛;趙玉濤
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: C22C1/10
• 分類號: C22C1/10;C22C1/03;C22C21/00;C22C32/00
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本發明涉及鋁基復合材料，特指一種高強韌高中子吸收鋁基復合材料的制備方法和裝置。本發明將高中子吸收、高穩定的微米級B₄C外加增強體與高中子捕獲能力的含B、Cd、Hf元素的原位納米增強體相結合，利用微米增強體的大截面積實現對中子的高效吸收、借助高度彌散的原位納米增強體實現對透過微米增強體間隙射線的有效捕獲，并通過納米增強體的高彌散強韌化作用、顯著提高復合材料強韌性，獲得高強韌高中子吸收的顆粒增強體鋁基復合材料。

技術領域

本發明涉及鋁基復合材料，特指一種高強韌高中子吸收鋁基復合材料的制備方法和裝置。

背景技術

顆粒增強鋁基復合材料具有高導熱，低膨脹，高比強度，高彈性模量等優異的性能，具有廣泛的應用前景。其中B₄C增強鋁基復合材料因其優異的中子吸收性能在核能源相關工業中得到了廣泛的應用。但是和傳統顆粒增強金屬材料一樣，隨著結構功能的增強，材料的塑韌性會大幅度下降。

鋁基復合材料的原位合成工藝是近些年發展的新技術，原位顆粒增強鋁基復合材料具有增強體尺寸小、熱穩定性好、界面結合強度高等優點，在航空、航天、汽車、機械等工業領域有廣泛的應用。近些年的一些研究表明，當增強體顆粒尺寸減小至納米級時，單位體積內納米顆粒的表面積急劇增大、復合強化效果大幅提高，從而使納米顆粒增強鋁基復合材料具有更高的比強度、比模量和耐高溫性能，同時含B、Cd、Hf元素的原位納米增強體具備良好的中子吸收性能。因此研究制備微米B₄C增強體和含B、Cd、Hf元素的原位納米增強體鋁基復合材料有重要的研究意義。

但是目前B₄C和原位納米增強鋁基復合材料存在一些嚴重的問題(1)B₄C增強體顆粒與基體浸潤困難，容易發生界面反應。(2)由于納米顆粒巨大的界面能使得原位生成的納米顆粒趨于團聚，導致復合材料的強韌性較低等問題。

發明內容

本發明的目的就是針對現有技術的不足，如B₄C增強體顆粒與基體浸潤困難，容易發生界面反應；原位納米顆粒增強鋁基復合材料中納米顆粒趨于團聚；鑄態晶粒尺寸較為粗大；納米顆粒僅發揮增強體的強化作用，強度提升有限等，提出的一種實現高強韌高中子吸收鋁基復合材料的制備方法及其制備裝置，一方面促進B₄C增強體顆粒與基體浸潤，另一方面充分改善納米顆粒的團聚問題，使其分布均勻，并極大地細化鋁基復合材料的晶粒，大幅度提高復合材料的強韌性。

本發明將高中子吸收、高穩定的微米級B₄C外加增強體與高中子捕獲能力的含B、Cd、Hf元素的原位納米增強體相結合，利用微米增強體的大截面積實現對中子的高效吸收、借助高度彌散的原位納米增強體實現對透過微米增強體間隙射線的有效捕獲，并通過納米增強體的高彌散強韌化作用、顯著提高復合材料強韌性，獲得高強韌高中子吸收的顆粒增強體鋁基復合材料。

本發明采用自主設計徑向磁場與超聲場耦合一體化復合制備裝置，一方面通過徑向磁場的拌加超聲場的作用使成分更加均勻，促進B₄C增強體顆粒與基體浸潤以及原位納米復合，實現成分均勻分布，B₄C顆粒與鋁基體結合良好的復合材料，最終獲得高強韌和優異的中子吸收性能的顆粒增強鋁基復合材料。

本發明設計的徑向磁場與超聲場耦合一體化復合制備裝置,是由電磁感應加熱裝置，徑向磁場裝置，超聲場裝置組成的一體化復合裝置。

所述的徑向磁場與超聲場耦合一體化復合制備裝置，包括電磁感應加熱裝置，徑向磁場裝置，超聲裝置，坩堝設在電磁感應加熱裝置內，電磁感應加熱裝置外圍設有徑向磁場裝置；超聲裝置位于一體化復合制備裝置底部。

所述復合制備裝置頂部設有兩個出氣口和一個加料管。

所述復合制備裝置兩邊外側的上部分別設有一個氬氣通風管道。