[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

摘要

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。

主权项

1.一种碳纤维增强的铝基碳化硼中子屏蔽材料的制备方法，其特征在于：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Ra 0.1‑0.15μm，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，搅拌分散至单根物团聚状态，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，使用还原剂为剂甲醛，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）再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；（4）将装有混合细粉的圆筒形模具置于压力机上，缓慢压制，制成坯料；第六步，真空烧结制备碳纤维增强的铝基碳化硼屏蔽材料：在真空烧结炉内高温热压成型，在加热、真空、施压、外水循环冷却过程中完成，具体步骤如下：（1）打开真空烧结炉，将装配好的石墨模具移入真空烧结炉的工作台上，对模具进行施压，施压压力为 30MPa，并由真空烧结炉的上下电路接通供电，关闭真空热压炉，并密闭；（2）开启真空泵，抽取空气达到理论真空环境，使炉内压强达 0.1Pa；（3）开启真空烧结炉的加热阀，加热温度 540℃±2℃；（4）加热、施压同时进行，加热、施压时间 30min；（5）继续升温、加压，加热温度 600℃±2℃，压强50MPa，加热、施压同时进行，升温、施压时间 40min；（6）停止升温、施压，使模具随真空烧结炉冷却至 100℃；（7）打开真空烧结炉，取出石墨模具及其内的碳纤维增强铝基碳化硼屏蔽材料块体，使其在空气中自然冷却至25℃；第七步，清洗、打磨、砂光处理：将碳纤维增强铝基碳化硼屏蔽材料块体置于钢质平板上，用砂纸打磨材料表面，然后用无水乙醇清洗，使其洁净；第八步，加热保温：将第七步处理后的坯料进行退火处理，在热处理炉中进行加热保温，加热温度500℃，并恒温；第九步，热轧：在热辊轧机上进行材料的轧制，轧制是在加热、辊轧过程中完成的；将加热的坯料置于辊轧机的上轧辊和下轧辊之间，轧制方向由左向右轧制，上轧辊转动方向为逆时针转动，下轧辊转动方向为顺时针转动；上轧辊和下轧辊转动速度为10r/min；轧制道次为六道次；轧制后成碳纤维增强铝基碳化硼中子屏蔽材料。