[发明专利]一种碳纤维增强的铝基碳化硼中子屏蔽材料的制备方法

权利要求书

1.一种碳纤维增强的铝基碳化硼中子屏蔽材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

第一步，制备圆筒形模具：用石墨材料制作圆筒形模具，模具型腔表面粗糙度Ra 0.1-0.15μm，模具型腔尺寸为φ30mm×80mm；

第二步，制备导向块：用石墨材料制作导向块，导向块尺寸为φ30mm×30mm；

第三步，碳纤维表面预处理：

（1）将碳纤维在430℃下加热30min，去除表面有机物质；

（2）将加热后的碳纤维放入1L硫酸和过硫酸铵组成的粗化液中，25℃下，保持15-20min后过滤，再分批放入1L去离子水中洗去残留粗化液，每次处理5g；

（3）将粗化后的碳纤维使用10%氢氧化钠溶液浸泡3-5min，然后使用去离子水多次浸泡以去除表面残留液；

（4）将浸泡后的碳纤维放入去离子水中，搅拌分散至单根、无团聚状态，过滤后，放入氯化亚锡和盐酸组成的敏化液中，搅拌至分散状态，在25℃下保持3-5min，过滤；

（5）用硝酸银溶液对步骤（4）处理的碳纤维表面活化处理5min；

（6）使用甲醛溶液对步骤（5）处理的碳纤维表面还原4min；

（7）将步骤（6）处理的碳纤维使用5%氢氧化钠溶液煮沸10min，并在300rpm的转速下机械搅拌，过滤；

（8）步骤（7）处理的碳纤维进行表面镀铜，使用硫酸铜溶液进行化学镀铜处理，加入pH缓冲剂碳酸钠，使用还原剂为甲醛，络合剂为酒石酸钾钠，镀铜过程搅拌防止碳纤维团聚，镀铜处理完成后，在无水乙醇溶液中浸泡后，60℃下干燥；

第四步，将铝合金粉、碳纤维和碳化硼粉按质量比为44:1:5的比例混合，采用高速振动球磨机球磨，转速为400r/min，球磨5h后，得到混合细粉，其中铝合金粉指铝粉、铜粉、硅粉、镁粉的混合物；

第五步，装料制坯：

（1）将圆筒形模具置于钢质平板上；

（2）在圆筒形模具内的底部放置石墨垫块，在石墨垫块上部放置两层石墨纸，在石墨纸上均匀置放混合细粉；

（3）在混合细粉上部放置两层石墨纸，然后用石墨压块压牢；

（4）将装有混合细粉的圆筒形模具置于压力机上，缓慢压制，制成坯料；

第六步，真空烧结制备碳纤维增强的铝基碳化硼屏蔽材料：

在真空烧结炉内高温热压成型，在加热、真空、施压、外水循环冷却过程中完成，具体步骤如下：

（1）打开真空烧结炉，将装配好的石墨模具移入真空烧结炉的工作台上，对模具进行施压，施压压力为 30MPa，并由真空烧结炉的上下电路接通供电，关闭真空热压炉，并密闭；

（2）开启真空泵，抽取空气达到理论真空环境，使炉内压强达 0.1Pa；

（3）开启真空烧结炉的加热阀，加热温度 540℃±2℃；

（4）加热、施压同时进行，加热、施压时间 30min；

（5）继续升温、加压，加热温度 600℃±2℃，压强50MPa，加热、施压同时进行，升温、施压时间 40min；

（6）停止升温、施压，使模具随真空烧结炉冷却至 100℃；

（7）打开真空烧结炉，取出石墨模具及其内的碳纤维增强铝基碳化硼屏蔽材料块体，使其在空气中自然冷却至25℃；

第七步，清洗、打磨、砂光处理：

将碳纤维增强铝基碳化硼屏蔽材料块体置于钢质平板上，用砂纸打磨材料表面，然后用无水乙醇清洗，使其洁净；

第八步，加热保温：将第七步处理后的坯料进行退火处理，在热处理炉中进行加热保温，加热温度500℃，并恒温；

第九步，热轧：在热辊轧机上进行材料的轧制，轧制是在加热、辊轧过程中完成的；将加热的坯料置于辊轧机的上轧辊和下轧辊之间，轧制方向由左向右轧制，上轧辊转动方向为逆时针转动，下轧辊转动方向为顺时针转动；上轧辊和下轧辊转动速度为10r/min；轧制道次为六道次；轧制后成碳纤维增强铝基碳化硼中子屏蔽材料。