[发明专利]一种掺杂钕钇钐钆的镍基碳化硼复合材料的制备方法

摘要

本发明涉及一种掺杂钕钇钐钆的镍基碳化硼复合材料的制备方法，是针对铝基中子吸收材料力学性能弱、核防护性能低的情况，以镍做为基体，掺杂稀土物质钕钐钇钆做增强增韧剂，碳化硼做中子吸收材料，经配料、研磨、制粉、真空热压、辊轧成型，制成具有中子吸收功能的镍基碳化硼复合材料，此制备方法工艺先进，数据精确翔实，复合材料为板形，金相组织致密性好，硬度达892HV，强度达400MPa，中子吸收核防护性能提高60％，是先进的制备镍基碳化硼复合材料的方法。

主权项

一种掺杂钕钇钐钆的镍基碳化硼复合材料的制备方法，其特征在于，使用的化学物质材料为：镍、碳化硼、钕、钇、钐、钆、无水乙醇、碳纤维布，其准备用量如下：以克、毫升、毫米为计量单位制备方法如下：(1)精选化学物质原料对制备使用的化学物质材料要进行精选，并进行质量纯度控制：(2)干燥处理镍粉将镍粉置于石英容器中，然后置于真空干燥箱中，干燥温度120℃，真空度5Pa，干燥时间60min；(3)预氧化处理碳化硼粉将碳化硼粉置于石英容器中，然后置于加热炉中进行预氧化处理，预氧化温度450℃，预氧化时间30min；(4)干燥处理钕、钇、钐、钆粉将钕、钇、钐、钆粉分别置于石英容器中，然后置于干燥箱中，进行干燥，干燥温度120℃，干燥时间60min；(5)配料称取镍粉22.01g±0.001g、碳化硼粉2.67g±0.001g、钕粉0.4±0.001g、钇粉1.5g±0.001g、钐粉3.5g±0.001g、钆粉2g±0.001g，置于石英容器中，搅拌混合，成混合细粉；(6)球磨、过筛将配制的混合细粉置于球磨机内，进行球磨，球磨转速400r/min，球磨时间为20min；球磨后用400目筛网过筛；球磨、过筛重复进行3次；(7)真空热压制备镍基碳化硼复合材料①制备开合式热压模具开合式热压模具用铬钨锰钢制作，模具型腔为矩形，型腔表面粗糙度Ra0.08‑0.16μm，并组装；②剪切碳纤维布将碳纤维布置于钢质平板上，按模具型腔底部面积剪切成矩形，矩形尺寸为100mm×0.5mm×50mm，2块；③装模将开合式模具置于钢质平板上，将预制的钢质下垫块置于模具型腔底部，将剪切的下碳纤维布置于钢质下垫块上部；将研磨过筛后的混合细粉置于碳纤维布上部，将另一块碳纤维布置于混合细粉上部，然后用钢质上压块压住；④真空热压镍基碳化硼复合材料的热压是在真空热压机上进行的，是在真空状态、中频感应加热、加压过程中完成的；打开真空热压机，将装模后的开合式模具平行移入真空热压机内的工作台上；将热压机内的上部压板垂直下压至开合模具上部；并密闭；开启真空泵，抽取真空热压机内空气，使真空热压机内压强达3Pa，并恒定；开启中频感应加热器，加热开合式模具内的混合细粉，加热温度700℃±2℃；在加热过程中，压力电机施压，施压压强40MPa；加热、施压时间120min；混合细粉在加热、施压过程中成型为镍基碳化硼块；停止加热，停止施压，镍基碳化硼块在真空热压机内冷却至25℃；关闭真空泵，打开真空热压机，取出开合式模具；⑤开模，取出镍基碳化硼块；(8)中温回火将镍基碳化硼块置于热处理炉中，进行中温回火，回火温度600℃，回火时间20min；(9)辊轧成型镍基碳化硼块的辊轧成型是在辊轧机上进行的，是在加热、辊轧过程中完成的；将镍基碳化硼块置于辊轧机的上轧辊和下轧辊之间；开启上轧辊加热转动箱、下轧辊加热转动箱，加热温度300℃；上轧辊转动方向为逆时针转动，转动速度10r/min；下轧辊转动方向为顺时针转动，转动速度10r/min；镍基碳化硼块由左向右轧制，轧制次数为7道次；轧制后为掺杂钕钇钐钆的镍基碳化硼复合板；(10)中温回火将轧制后的掺杂钕钇钐钆的镍基碳化硼复合板置于真空热处理炉中，进行中温回火，真空度6Pa，回火温度200℃，回火时间60min；回火后为终产物，即掺杂钕钇钐钆的镍基碳化硼复合材料；(11)整理、清洗将掺杂钕钇钐钆的镍基碳化硼板置于钢质平板上，用砂纸打磨周边及正反表面，然后用无水乙醇清洗，清洗后晾干；(12)检测、分析、表征对制备的掺杂钕钇钐钆的镍基碳化硼复合材料的物相、金相组织、力学性能、中子吸收核防护性能进行检测、分析、表征；用X射线衍射仪进行物相分析；用金相显微仪进行金相组织分析；用万能拉伸试验仪进行弯曲性能分析；结论：掺杂钕钇钐钆的镍基碳化硼复合材料为矩形板材，金相组织致密性好，硬度达892HV，强度达400MPa，中子吸收核防护性能提高60％；(13)产物储存对制备的掺杂钕钇钐钆的镍基碳化硼复合材料用软质材料包装，储存于洁净、干燥环境，要防潮、防晒、防酸碱盐侵蚀，储存温度20℃，相对湿度≤10％。