[發(fā)明專利]一種易變形釓/碳化硼/鋁中子吸收材料及其制備方法

有效

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• 申請日: 2021-08-27
• 公開（公告）號: CN113737044B
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉志偉;陳咪;高義民;鄭巧玲
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: C22C1/10
• 分類號: C22C1/10;C22C21/00;C22C32/00;G21F1/08
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 李鵬威

本發(fā)明公開了一種釓/碳化硼/鋁中子吸收材料及其制備方法，首先利用超聲輔助液相復(fù)合法制備出顆粒分散均勻，界面干凈整潔的Al?B₄C中間合金。其次以純Al和純Gd為原料，制備出Al?Gd中間合金。以Al?B₄C和Al?Gd中間合金、Al以及合金元素為原料，通過中間合金稀釋法將B₄C顆粒和Gd引入基體內(nèi)，并輔以超聲攪拌處理，而后澆注到模具內(nèi)，從而獲得組織均勻的釓/碳化硼/鋁中子吸收材料。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于先進(jìn)金屬基復(fù)合材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種超聲輔助液相復(fù)合法制備新型易變形釓/碳化硼/鋁中子吸收材料的方法。

背景技術(shù)

碳化硼增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料由于具有高比強(qiáng)度，高比剛度，較低的熱膨脹系數(shù)以及良好的中子吸收能力，因此被廣泛應(yīng)用于核工業(yè)領(lǐng)域中。目前制備碳化硼增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的主要方法為粉末冶金和液相復(fù)合法，其中液相復(fù)合法兼具生產(chǎn)成本低、適合規(guī)?；a(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，故該工藝在陶瓷顆粒/鋁基復(fù)合材料制備領(lǐng)域備受矚目。為了實(shí)現(xiàn)乏燃料的高密度貯存，工業(yè)應(yīng)用中一般要求B₄C/Al復(fù)合材料中的B₄C含量大于25％，然而，過高的陶瓷含量使得Al熔體流動性急劇惡化，難以澆鑄成型。此外，高的B₄C含量會導(dǎo)致B₄C顆粒之間的平均間距減小，位錯運(yùn)動會受到極大限制，材料的延性將大幅度下降，因此材料的塑性加工尤為困難，這限制了B₄C/Al復(fù)合材料的應(yīng)用和發(fā)展。減少復(fù)合材料中的B₄C含量可保證成型能力但會使中子吸收能力下降，因此，如何保證材料塑性的同時提高中子吸收能力是亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種易變形釓/碳化硼/鋁中子吸收材料及其制備方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明能夠采用液相復(fù)合法獲得高強(qiáng)韌(B₄C+Gd)/Al中子吸收材料，并且通過在基體中添加一些具有較大中子吸收截面的合金元素來代替一部分B₄C，這樣可使材料兼具強(qiáng)度，剛度，塑性及中子吸收性能。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種易變形釓/碳化硼/鋁中子吸收材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟1：將助熔劑和B₄C粉末混合后加入到純鋁熔體內(nèi)，并輔以超聲攪拌處理，制備得到Al-B₄C中間合金；

步驟2：將純Al熔化得到純鋁熔體，然后將金屬Gd加入至純鋁熔體中，并輔以超聲攪拌處理，制備得到Al-Gd中間合金；

步驟3：以純Al以及步驟1制得的Al-B₄C中間合金和步驟2制得的Al-Gd中間合金為原料，確保最終得到的中子吸收材料中B₄C的質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤15％，Gd的質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤3％，隨后將原料熔化并加入合金元素，熔化過程中輔以超聲攪拌處理分散顆粒，得到組織均勻的釓/碳化硼/鋁中子吸收材料。

進(jìn)一步地，步驟1中所述助熔劑為K₂TiF₆或K₂ZrF₆。

進(jìn)一步地，步驟1中所述助熔劑與B₄C粉末的質(zhì)量比為1:2-3:2。

進(jìn)一步地，步驟1和步驟2中純鋁熔體溫度為700-850℃。

進(jìn)一步地，步驟1得到的Al-B₄C中間合金中B₄C顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤15％。

進(jìn)一步地，步驟2得到的Al-Gd中間合金中Gd的質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤25％。