[发明专利]一种易变形钆/碳化硼/铝中子吸收材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种钆/碳化硼/铝中子吸收材料及其制备方法，首先利用超声辅助液相复合法制备出颗粒分散均匀，界面干净整洁的Al‑B₄C中间合金。其次以纯Al和纯Gd为原料，制备出Al‑Gd中间合金。以Al‑B₄C和Al‑Gd中间合金、Al以及合金元素为原料，通过中间合金稀释法将B₄C颗粒和Gd引入基体内，并辅以超声搅拌处理，而后浇注到模具内，从而获得组织均匀的钆/碳化硼/铝中子吸收材料。

技术领域

本发明属于先进金属基复合材料制备领域，具体涉及一种超声辅助液相复合法制备新型易变形钆/碳化硼/铝中子吸收材料的方法。

背景技术

碳化硼增强铝基复合材料由于具有高比强度，高比刚度，较低的热膨胀系数以及良好的中子吸收能力，因此被广泛应用于核工业领域中。目前制备碳化硼增强铝基复合材料的主要方法为粉末冶金和液相复合法，其中液相复合法兼具生产成本低、适合规模化生产等优点，故该工艺在陶瓷颗粒/铝基复合材料制备领域备受瞩目。为了实现乏燃料的高密度贮存，工业应用中一般要求B₄C/Al复合材料中的B₄C含量大于25％，然而，过高的陶瓷含量使得Al熔体流动性急剧恶化，难以浇铸成型。此外，高的B₄C含量会导致B₄C颗粒之间的平均间距减小，位错运动会受到极大限制，材料的延性将大幅度下降，因此材料的塑性加工尤为困难，这限制了B₄C/Al复合材料的应用和发展。减少复合材料中的B₄C含量可保证成型能力但会使中子吸收能力下降，因此，如何保证材料塑性的同时提高中子吸收能力是亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种易变形钆/碳化硼/铝中子吸收材料及其制备方法，以克服现有技术存在的问题，本发明能够采用液相复合法获得高强韧(B₄C+Gd)/Al中子吸收材料，并且通过在基体中添加一些具有较大中子吸收截面的合金元素来代替一部分B₄C，这样可使材料兼具强度，刚度，塑性及中子吸收性能。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种易变形钆/碳化硼/铝中子吸收材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将助熔剂和B₄C粉末混合后加入到纯铝熔体内，并辅以超声搅拌处理，制备得到Al-B₄C中间合金；

步骤2：将纯Al熔化得到纯铝熔体，然后将金属Gd加入至纯铝熔体中，并辅以超声搅拌处理，制备得到Al-Gd中间合金；

步骤3：以纯Al以及步骤1制得的Al-B₄C中间合金和步骤2制得的Al-Gd中间合金为原料，确保最终得到的中子吸收材料中B₄C的质量分数≤15％，Gd的质量分数≤3％，随后将原料熔化并加入合金元素，熔化过程中辅以超声搅拌处理分散颗粒，得到组织均匀的钆/碳化硼/铝中子吸收材料。

进一步地，步骤1中所述助熔剂为K₂TiF₆或K₂ZrF₆。

进一步地，步骤1中所述助熔剂与B₄C粉末的质量比为1:2-3:2。

进一步地，步骤1和步骤2中纯铝熔体温度为700-850℃。

进一步地，步骤1得到的Al-B₄C中间合金中B₄C颗粒的质量分数≤15％。

进一步地，步骤2得到的Al-Gd中间合金中Gd的质量分数≤25％。