[发明专利]一种层状碳纤维增强铝基碳化硼中子吸收板的制备方法

说明书

一种层状碳纤维增强铝基碳化硼中子吸收板的制备方法，属于有色金属制备及应用技术领域，可解决现有碳化硼作为陶瓷颗粒不利于材料的力学延展性的问题，采用铝粉、碳化硼粉、碳纤维为原料，经粉末冶金制坯、轧制成致密的层状铝基吸收板，中子吸收率达99%，各层之间界面分明，渗透良好，颗粒与基体连接紧密，抗拉强度达260MPa，拉伸率达14%。此制备方法工艺先进，方法合理，参数翔实，在功能性和力学性能方面相较之前研究均有较大突破，是先进的制备层状碳纤维增强铝基碳化硼中子吸收板的方法。

技术领域

本发明属于有色金属制备及应用技术领域，具体涉及一种层状碳纤维增强铝基碳化硼中子吸收板的制备方法。

背景技术

在中子屏蔽材料被广泛运用的今天，B¹⁰凭借其低廉的成本和较高的中子吸收截面获得了多数生产商的青睐。目前主流的B¹⁰中子吸收产品多由碳化硼制成，铝基碳化硼材料就是其中最为频繁使用的一种。然而，就目前碳化硼作为陶瓷颗粒不利于材料的力学延展性这一课题引起了社会广泛关注。

发明内容

本发明针对现有碳化硼作为陶瓷颗粒不利于材料的力学延展性的问题，针对核电站乏燃料储存和运输环境下的中子射线屏蔽条件，提供一种层状碳纤维增强铝基碳化硼中子吸收板的制备方法。

本发明采用如下技术方案：

一种层状碳纤维增强铝基碳化硼中子吸收板的制备方法，包括如下步骤：

第一步，制作开合式模具：采用石墨烯制作型腔为矩形的开合式模具，型腔尺寸为30mm×30mm×60mm，型腔表面粗糙度为Ra 0.08-0.16μm；

第二步，碳纤维表面处理：称取碳纤维0.15±0.01g，裁剪成长度为3-8cm，用丙酮浸泡5min后，取出后再用水浸泡至碳纤维可散开，取出后烘干，放入硝酸回流装置中，在60-70℃下煮沸0.5-2h，取出备用；

第三步，称粉：分别称取10.2±0.01g的铝合金粉和1.1±0.01g的碳化硼粉；

第四步，球磨：将铝合金粉和碳化硼粉放入球磨机中球磨，球磨转速为200r/min，球磨时间为60min，球磨结束后，得到混合粉末；

第五步，铺粉：将两张尺寸为30mm×30mm×0.5mm的铝板分别置于盛有磷酸溶液的器皿中，用15V电压通电10min做磷酸阳极氧化后，取出；

将表面处理后的碳纤维与10mL±0.01mL聚酰亚胺树脂混合，搅拌均匀，得到混合物，向混合物中加入10±0.01ml的烷氧基硅烷偶联剂，搅拌均匀，得到涂覆层；

将涂覆层分别均匀涂覆在阳极氧化后的两张铝板的任意一侧表面，得到碳纤维涂覆侧，将涂覆后的两张铝板在60℃烘箱中，烘烤12h后取出，得到碳纤维涂覆板；

第六步，装模：将开合式模具垂直置于钢质平板上，在开合式模具内的底部置放石墨垫块，在石墨垫块上部置放石墨纸，在石墨纸上放置混合粉末11.3±0.01g，做为第一层；

在第一层上放置碳纤维涂覆板，碳纤维涂覆层向上，做为第二层；

在第二层上放置另一种碳纤维涂覆板，碳纤维涂覆层向下，做为第三层；

在第三层上铺设石墨纸，在石墨纸上放置石墨压块；

第七步，粉末冶金烧结制坯：将装有试样的开合式模具垂直移入等离子放电烧结炉内的下电极上部，用上电极压紧模具，固定好后关闭炉门；

开启冷水系统，开启真空泵，抽取炉内空气，使炉内压强低于5Pa；

开启等离子放电加热器，加压加热过程分两段进行：开启等离子放电加热器，加热温度500±1℃；开启压力电机，对开合式模具型腔垂直施压，压强为20MPa，恒温恒压15min；