[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

摘要

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。

主权项

1.一种层状碳纤维增强铝基碳化硼中子吸收板的制备方法，其特征在于：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；停止加热、施压，使开合式模具及其内的坯料冷却至25℃；关闭真空泵，取出开合式模具，打开模具，取出坯料，得到层状碳纤维增强碳化硼中子吸收坯料；第八步，清洗处理：将层状碳纤维增强碳化硼中子吸收坯料置于玻璃平板上，用砂纸打磨各部；之后用无水乙醇对坯料进行清；之后取出洗后晾干；第九步，加热：将清洗处理后的层状碳纤维增强碳化硼中子吸收坯料置于热处理炉中，450℃下恒温加热；第十步，轧制：将加热后的层状碳纤维增强碳化硼中子吸收坯料置于辊轧机的上轧辊和下轧辊之间，设定上轧辊逆时针转动，下轧辊反方向顺时针转动，转动速率10r/min，轧制道次为6道次，轧制变形量为60%，轧制结束后，用无水乙醇清洗晾干后，得到层状碳纤维增强铝基碳化硼中子吸收板。