[发明专利]一种纤维增强硼铝屏蔽复合材料的制备方法

摘要

本发明涉及一种纤维增强硼铝屏蔽复合材料的制备方法，是针对铝合金具有良好的耐热中子、慢中子及射线辐照的性能，采用铝合金为基体，以硼和硼纤维为中子吸收剂，硼纤维还具有强化作用，采用钨作为γ射线吸收剂，碳化硅纤维作为增强体，在合金内部添加钛形成高强度钛铝合金，采用真空热压成型，制成纤维增强硼铝屏蔽复合材料，此制备方法工艺先进，数据精确翔实，制备的纤维增强硼铝屏蔽复合材料内部硼纤维、碳化硅纤维分布均匀，具有良好的屏蔽中子和吸收γ射线的功能，是先进的核屏蔽复合材料的制备方法。

主权项

1.一种纤维增强硼铝屏蔽复合材料的制备方法，其特征在于：使用的化学物质材料为：铝合金粉、硼粉、钨粉、钛粉、碳化硅纤维、硼纤维、石墨纸、无水乙醇，其组合准备用量如下：以克、毫米、毫升为计量单位铝合金粉：6061Al                        50g±0.01g硼粉：B                                 2 g±0.01g碳化硅纤维：SiC                         Φ0.125mm×2000mm硼纤维：B                               Φ0.15mm×2000mm钨粉：W                                 140g±0.01g钛粉：Ti                                8g±0.01g石墨纸：C 2块                           90mm×2mm×90mm无水乙醇：C2H5OH                         200mL±5 mL制备方法如下：（1）制备开合式热压模具开合式热压模具用石墨制作，型腔成矩形，型腔尺寸为90mm×100mm×90mm，模具型腔表面粗糙度为Ra 0.08‑0.16µm；（2）预处理粉体称取铝合金粉50g±0.01g、硼粉2 g±0.01g、钨粉140g±0.01g和钛粉8g±0.01g，置于石英容器中，然后置于真空干燥箱内进行干燥，干燥温度150oC，真空度为5Pa，干燥时间10min；（3）预处理碳化硅纤维 将碳化硅纤维置于烧杯内，加入无水乙醇500mL，然后将烧杯置于超声分散仪内，进行清洗，超声波频率60kHz，清洗时间5min；将清洗后的碳化硅纤维置于真空干燥箱内进行干燥，真空度为5Pa，干燥温度100 o C ，干燥时间10min；（4）预处理硼纤维 将硼纤维置于烧杯内，加入无水乙醇500mL，然后将烧杯置于超声分散仪内，进行清洗，超声波频率60kHz，清洗时间5min；将清洗后的硼纤维置于真空干燥箱内进行干燥，干燥温度100o C ，真空度为5Pa，干燥时间10min；（5）配料、球磨称取铝合金粉50g±0.01g、硼粉 2g±0.01g、钨粉140g±0.01g、钛粉8g±0.01g，置于球磨罐中，并密闭；铝合金粉：硼粉：钨粉：钛粉= 25:1:70:4；将球磨罐置于球磨机上，进行球磨，球磨转数300r/min，球磨时间60min，球磨后成混合细粉；（6）装料、配料①将预制的开合式热压模具置于钢质平板上，并组装；②在开合式热压模具内底部置放石墨垫块，在石墨垫块上部置放石墨纸，在石墨纸上均匀置放混合细粉50g；③在混合细粉上部均匀放置硼纤维，硼纤维单根长度为100mm，放置10根；④在硼纤维上部均匀放置混合细粉50g；⑤在混合细粉上部均匀放置碳化硅纤维，碳化硅纤维单根长度为100mm，放置10根；⑥在碳化硅纤维上部均匀放置混合细粉50g；⑦在混合细粉上部均匀放置硼纤维，硼纤维单根长度为100mm，放置10根；⑧在硼纤维上部均匀放置混合细粉50g；⑨在混合细粉上部置放石墨纸，然后用石墨压块压牢；（7）高温热压成型纤维增强硼铝屏蔽复合材料纤维增强硼铝屏蔽复合材料的高温热压成型是在真空热压炉内进行的，是在加热、真空、施压、外水循环冷却过程中完成的；①打开真空热压炉，将装配好的石墨模具平行垂直移入真空热压炉的工作台上，并由真空热压炉的上压块中心垂直压牢，移动真空热压炉的上压块，对模具进行施压，施压压力为30MPa；②关闭真空热压炉，并密闭；③开启真空泵，抽取炉内空气，使炉内压强达1Pa；④开启真空热压炉的加热器，加热温度520oC±2oC；⑤加热、施压同时进行，加热、施压时间30min；⑥继续升温、加压，加热温度640oC ±2oC ，施压压强60MPa，加热、施压同时进行，加热、施压时间40min；⑦停止加热、施压，使其随真空热压炉冷却至100oC ；⑧打开真空热压炉，取出石墨模具及其内的纤维增强硼铝屏蔽复合材料块体，使其在空气中自然冷却至25oC ；（8）打磨、砂光处理将纤维增强硼铝屏蔽复合材料块体置于钢质平板上，用砂纸打磨周边及表面，然后用无水乙醇清洗，使其洁净；（9）检测、分析、表征对制备的纤维增强硼铝屏蔽复合材料块体的形貌、色泽、物理性能、力学性能进行检测、分析、表征；用扫描电镜仪进行微观组织分析；结论：纤维增强硼铝屏蔽复合材料块体为银灰色，材料内部为三层纤维结构，中间层为碳化硅纤维，上下层为硼纤维，碳化硅纤维和硼纤维与合金粉体之间的界面结合良好，硼、钛、钨组元均匀分布在铝合金基体当中，具有良好屏蔽中子和γ射线吸收性能；（10）储存对制备的纤维增强硼铝屏蔽复合材料块体用软质材料包装，储存于洁净、干燥环境，要防潮、防晒、防酸碱盐侵蚀，储存温度20oC，相对湿度≤10%。