[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

说明书

一种碳纤维增强的铝基碳化硼中子屏蔽材料的制备方法，属于碳纤维增强金属基复合屏蔽材料制备及应用的技术领域，可解决铝基碳化硼中过高陶瓷颗粒降低了复合材料的塑形和加工性能的问题，将球磨混合均匀的复合粉末装在预先制好的石墨模具内进行表面活化、等离子活化烧结，烧结后的试样进行热处理得到了碳纤维增强的铝基碳化硼复合材料。本发明是先进的制备碳纤维增强铝基碳化硼中子吸收板的方法。

技术领域

本发明属于纤维增强金属基复合屏蔽材料制备及应用的技术领域，具体涉及一种碳纤维增强的铝基碳化硼中子屏蔽材料的制备方法。

背景技术

铝基碳化硼作为核电站核燃料储存和乏燃料运输的一种良好中子屏蔽金属基复合材料被广泛应用，但是碳化硼陶瓷中硼元素含量必须达到临界范围才能达到工业使用水平。基于陶瓷颗粒与金属基体连接理论，过高陶瓷颗粒降低了复合材料的塑形和加工性能，因此考虑加入碳纤维来作为增强相解决这一问题。碳元素在中能区对中子的较高反射截面对中子起到一定的慢化作用，力求在保持屏蔽性能的同时改善铝基碳化硼材料延展性降低的不利影响。

发明内容

本发明针对铝基碳化硼中过高陶瓷颗粒降低了复合材料的塑形和加工性能的问题，提供一种碳纤维增强的铝基碳化硼中子屏蔽材料的制备方法。

本发明采用如下技术方案：

一种碳纤维增强的铝基碳化硼中子屏蔽材料的制备方法，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Ra0.1-0.15μm，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；