[发明专利]一种3D打印碳化硼/铝复合材料异形零件的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及属于核辐射防护技术领域，涉及碳化硼/铝复合材料的制备工艺，具体地说，是一种3D打印碳化硼/铝复合材料异形零件的制备方法。

背景技术

为了防止核辐射，通常会在核装置中设置中子吸收材料进行屏蔽保护。目前常采用的中子吸收材料有铅硼聚乙烯、硼钢、碳化硼(B₄C)等含硼的材料。铅硼聚乙烯的加工工艺简单，可以制作各种形状的构件，但这类材料在强辐射的环境中容易老化，限制了其应用；硼钢的加工工艺性较好，但其含硼量太低，难以满足屏蔽需要。碳化硼具有较高的中子吸收能力，其热中子俘获截面高，耐腐蚀，热稳定性好，是一种理想的中子吸收材料，但碳化硼韧性差、脆性大、加工性能差，难以制备形状特殊、结构功能一体化的中子吸收构件。

为提高碳化硼材料的韧性，通常将其与金属铝复合，制成金属基中子吸收材料，既能提高材料韧性，又可保证具有中子吸收性能。但是，为了提高复合材料的中子吸收能力，必须提高复合材料中的B₄C含量。采用传统的混料-模压技术难以制备B₄C含量较高的B₄C/Al复合材料，更无法制备具有特殊形状的B₄C/Al复合材料构件。

因此已知的苯加氢工程存在着上述种种不便和问题。

发明内容

本发明的目的，在于提出一种不需要模具的3D打印碳化硼/铝复合材料异形零件的制备方法。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：

一种3D打印碳化硼/铝复合材料异形零件的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一，将颗粒度为150～300目的碳化硼粉末在空气中煅烧30～60min，煅烧温度为500～600℃；

步骤二，将聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)加入到足量的丙酮中，得到聚甲基丙烯酸甲酯-丙酮溶液；

步骤三，将所述B₄C粉末导入聚甲基丙烯酸甲酯-丙酮溶液中，在球磨机中球磨6～10h，得到混合浆料，混合浆料在离心雾化干燥系统中进行雾化制粒，得到包覆粉末；

步骤四，采用居于激光选择性烧结的3D打印技术将所述包覆粉末制成粗坯，激光烧结规程为：CO₂激光，功率为7～10W，激光扫描的能量密度为0.1～0.15J/mm²；

步骤五，将所述的粗坯进行冷等静压，冷等静压操作规程为：升压速度2～5MPa/s，升至250MPa，保压1min，得到压坯；

步骤六，将压坯进行烧结处理得到烧结坯，烧结操作规程为：在真空环境中将压坯升温至400℃保温1h，而后再升温至1600℃保温1h，升温速度为5～10℃/min；

步骤七，将镁(Mg)质量分数为6～20％的Al-Mg合金熔化后，再把烧结坯浸入到合金熔体中10～30s，取出坯体，去除表面多余的残留Al合金，得到B₄C/Al复合材料构件。

本发明的一种3D打印碳化硼/铝复合材料异形零件的制备方法还可以采用以下的技术措施来进一步实现。

前述的方法，其中所述包覆粉末为PMMA包覆B₄C粉末，包覆粉末中B₄C与PMMA的质量分数比为95/5～80/20，包覆粉末的颗粒大小为50～150μm。

前述的方法，其中所述铝-镁合金材料中镁的质量分数为6～20％。

前述的方法，其中所述步骤七中Al-Mg合金熔体温度为850～1050℃。

前述的方法，其中所述B₄C/Al复合材料中的B₄C的质量分数为60～85％。

采用上述技术方案后，本发明的一种3D打印碳化硼/铝复合材料异形零件的制备方法具有以下优点：

1、制备步骤设计合理、可操作性强；

2、可以制备B₄C/Al异形构件，提高了铝合金与碳化硼陶瓷的润湿性和结合力；

3、得到的B₄C/Al复合材料结合致密度高、碳化硼含量高。

具体实施方式

以下通过具体实施例进一步说明本发明。

实施例1

本发明的3D打印碳化硼/铝复合材料异形零件的制备方法，包括以下步骤：

(1)将颗粒度为150～300目的碳化硼粉末在空气中煅烧30min，煅烧温度为600℃；