[發明專利]一種鋁基碳化硼復合材料及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 202111671617.2
• 申請日: 2021-12-31
• 公開（公告）號: CN114351010B
• 公開（公告）日: 2023-01-10
• 發明（設計）人: 李丘林;李玲敏;劉偉;宋國林;王靚
• 申請（專利權）人: 清華大學深圳國際研究生院
• 主分類號: C22C21/00
• 分類號: C22C21/00;C22C32/00;C22C1/05
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 劉燚

本發明公開了一種鋁基碳化硼復合材料及其制備方法與應用。所述材料的制備原料包括鋁粉和碳化硼粉，所述材料由制備原料通過干法混粉后再經二次熱加工制得。本發明通過以未經預氧化的超細鋁粉為原料制備得到納米氧化鋁增強的高溫高強鋁基碳化硼復合材料，所述復合材料具有優秀的導熱性能，在國防軍工、航空航天、核電等領域具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明屬于復合材料技術領域，具體涉及一種鋁基碳化硼復合材料及其制備方法與應用。

背景技術

核電作為一種高效的新能源越來越受到國家的重視，十四五規劃對核電發展提出了更高的期望，而核電的快速發展必然伴隨著乏燃料的快速增加，乏燃料是核燃料反應到一定閾值的產物，仍然具有很強的放射性，其貯存需要用到中子吸收材料，使放射能量控制在安全范圍內，而高溫高強結構功能一體化中子吸收材料由于貯存密度大、安全性高、高溫性能良好等優勢，成為該材料的發展方向。目前主要有含硼不銹鋼、硼鋁合金和B₄C/Al復合材料等幾類用于乏燃料存貯。B₄C/Al復合材料作為乏燃料干法貯存材料，對其進行成分、結構設計時，必須結合服役環境滿足多種的標準和要求。其中，中子吸收材料不斷吸收熱中子，會發生多種核反應，使溫度不斷升高，因此該材料必須具有良好的導熱性，及時將熱量散出，避免整個貯存系統因溫度過高惡化強度而導致事故。然而，現今多數B₄C/Al復合材料的導熱性能較差，一定程度上限制了B₄C/Al復合材料在乏燃料干法貯存中的應用。

發明內容

本發明旨在至少解決上述現有技術中存在的技術問題之一。為此，本發明提出一種鋁基碳化硼復合材料，所述材料具有優秀的導熱性能。

本發明還提出一種鋁基碳化硼復合材料的制備方法。

本發明還提出上述鋁基碳化硼復合材料的應用。

本發明的第一方面，提出了一種鋁基碳化硼復合材料，所述材料的制備原料包括鋁粉和碳化硼粉，所述材料由制備原料通過干法混粉后再經二次熱加工制得。

根據本發明實施例的一種鋁基碳化硼復合材料，至少具有以下有益效果：本發明以未經預氧化的超細鋁粉為原料，將上述鋁粉和碳化硼通過干法混粉工藝得到混合均勻的混合粉體，再經過二次熱加工得到納米氧化鋁增強的高溫高強鋁基碳化硼復合材料。本發明不必考慮納米相的混合，直接通過干法混粉得到混合均勻的粉末，避免了混粉過程中鋁粉的團聚與冷焊，極大提高了生產效率及生產過程中的安全性，同時具備低能耗、低物耗等特點。且，本發明中得到的復合材料為納米氧化鋁增強高溫高強鋁基碳化硼復合材料，具有優秀的熱穩定性及導熱性能，在國防軍工、航空航天、核電等領域具有廣闊的應用前景。

此外，相較于相關技術中常采用經預氧化的鋁粉為原料制備B₄C/Al復合材料，本發明采用未經預氧化的鋁粉為原料，不僅簡化工藝，降低生產成本，而且，采用未經預氧化超細鋁粉為原料得到的復合材料為納米氧化鋁增強高溫高強鋁基碳化硼復合材料，具有優秀的導熱性能，具體地：未經預氧化的非晶氧化鋁一般具有超薄厚度(可僅5-10nm)，而預氧化后氧化鋁的厚度一般超過200nm，甚至超過300nm，由于氧化鋁的熱導率相對于鋁的熱導率明顯較低(氧化鋁的熱導率約29W/(m K)，鋁的熱導率約為237W/(m K))，因此氧化鋁尺寸/厚度的增大伴隨著對鋁基體熱阻的增加。因此，本發明中采用未經預氧化的鋁粉為原料制備得到的鋁基碳化硼復合材料，其導熱性能明顯優于采用經預氧化的鋁粉為原料制備得到的鋁基碳化硼復合材料。