一种Al基硼10复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及一种Al基硼10复合材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]随着核技术的快速发展，核辐射的安全与防护问题也变得越来越重要。核反应堆运行时，堆芯会产生大量的α、β、T、Χ等射线和质子、中子、重氢核、裂变产物辐射，其中的中子辐射，穿透能力强，会对周边人员和物体产生强烈的辐射损伤，是屏蔽的重点。
[0003]对中子的屏蔽吸收，需选择对中子吸收截面较大的元素，常见元素有氦、锂、钆、镉、铕和硼10等。其中钐和铕制备工艺复杂、价格昂贵，钆的使用寿命短，镉有毒、致癌，而且这些元素都会在吸收中子后放出穿透性很强的γ射线，增加防护的困难。因此，吸收截面仅次于上述三种元素、工艺相对简单且价廉的lt3B成为中子屏蔽吸收的最佳选择。目前，核潜艇、空间核设施等新型设备急需一种屏蔽效能高、体积小、重量轻的屏蔽材料，现行铅、钨重量太大;铅硼聚乙烯质量轻，但屏蔽效能低，只能加厚屏蔽层，消耗了大量的有效空间；硼钢含硼量低、效能低，需要较厚重的结构。这些传统材料均不适应核潜艇、空间核设施等小型化、轻量化的技术要求。因此，本领域仍然需要有一种轻质、高效率中子屏蔽材料。
【发明内容】
[0004]本发明是要解决现有中子屏蔽材料的屏蔽效能差、易老化、寿命短以及机械加工困难的问题，而提供一种Al基硼10复合材料及其制备方法。
[0005]一种Al基硼10复合材料按体积分数由30%?75%硼粉和25%?70%铝金属制成；所述铝金属为纯铝或铝合金。
[0006]—种Al基硼10复合材料的制备方法是按以下步骤完成的:
[0007]一、称料:按体积分数称取30 %?75%硼粉和25 %?70 %铝金属；
[0008]二、制备预制体:将步骤一称取的30%?75%硼粉装入模具中冷压制成预制块，得到硼粉预制体；
[0009]三、预热:将步骤二得到的硼粉预制体带模具移至加热炉中，将加热炉的温度从室温升温至400°C?600°C，在温度为400°C?600°C的条件保温Ih?4h，得到预热硼粉预制体；将步骤一称取的25%?70%铝金属加热至熔化，得到熔融的铝金属；
[0010]四、浇铸:将步骤三中得到的预热硼粉预制体带模具置于压力机台面上，将步骤三得到的熔融的铝金属倒入模具内预热的硼粉预制体的上面，通过压力机施加压力，使熔融的铝金属浸渗到预热的硼粉预制体之间的间隙中，待熔融的铝金属完全浸渗到预热的硼粉预制体中，以50°C/min?200°C/min的速度进行冷却，冷却后脱模，得到铸锭，即Al基硼10复合材料。
[0011]本发明的有益效果:
[0012]1、本发明的Al基硼10复合材料在合成过程中通过控制硼粉的含量来实现颗粒增强体体积分数的控制;通过强制加压增强硼粉和铝基体之间的界面结合;通过调整基体合金成分，改善润湿及金属铝流动性，使铝金属液易于渗入硼粉预制体内部;通过调整浸渗速度和冷却速度控制硼与铝的界面反应，制得的复合材料中颗粒分布均匀，复合材料致密度高，机械加工容易。
[0013]2、本发明制备的Al基硼10复合材料中硼粉含量为30%?75%，致密度大于98%，弯曲强度在260MPa?550MPa，拉伸强度在200MPa?350MPa，能满足强度的应用要求。复合材料的硼10面密度是随着Al基硼10复合材料中硼粉含量和lt3B丰度的增加而增加的，复合材料含有30 %?75 %的硼粉，lt3B丰度为19.78 %?99.9%,以板材厚度3_为例，可计算出其硼10面密度大约为0.041?0.526g/cm3，中子吸收效率>99 %。本发明提供了一种高中子屏蔽性能Al基硼10复合材料制备方法，制备方法简单、易操作、工艺容易控制，制备出的Al基硼10复合材料具有致密度高、中子屏蔽性能好的特点。
【附图说明】
[0014]图1为实施例一得到的Al基硼10复合材料的微观组织照片。
【具体实施方式】
[0015]【具体实施方式】一:本实施方式一种Al基硼10复合材料按体积分数由30%?75 %硼粉和25%?70%铝金属制成;所述铝金属为纯铝或铝合金。
[0016]【具体实施方式】二:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:所述铝合金为Al-Si合金、Al-Cu 合金、Al-Mg 合金、Al-S1-Cu 合金、Al-S1-Mg 合金、Al-Cu-Mg 合金和 Al-S1-Cu-Mg 合金中的一种或其中几种的组合。其他与【具体实施方式】一相同。
[0017]【具体实施方式】三:本实施方式与【具体实施方式】一或二不同的是:所述Al-Si合金中Si的质量分数为I %?25%，所述Al-Cu合金中Cu的质量分数为I %?53%，所述Al-Mg合金中Mg的质量分数为I %?38%。其他与【具体实施方式】一或二相同。
[0018]【具体实施方式】四:本实施方式与【具体实施方式】一至三之一不同的是:硼粉的纯度为80%?99.9999%;所述硼粉为富含iqB同位素的单质硼，其中iqB同位素的丰度为19.78%?99.9%，所述硼粉的粒径为0.Ιμπι?ΙΟΟμπι，所述硼粉为无定形态和定形态中的一种或两种的组合。其他与【具体实施方式】一至三之一相同。
[0019]【具体实施方式】五:本实施方式一种Al基硼10复合材料的制备方法是按以下步骤完成的:
[0020]一、称料:按体积分数称取30 %?75%硼粉和25 %?70 %铝金属；
[0021]二、制备预制体:将步骤一称取的30%?75%硼粉装入模具中冷压制成预制块，得到硼粉预制体；
[0022]三、预热:将步骤二得到的硼粉预制体带模具移至加热炉中，将加热炉的温度从室温升温至400°C?600°C，在温度为400°C?600°C的条件保温Ih?4h，得到预热硼粉预制体；将步骤一称取的25%?70%铝金属加热至熔化，得到熔融的铝金属；
[0023]四、浇铸:将步骤三中得到的预热硼粉预制体带模具置于压力机台面上，将步骤三得到的熔融的铝金属倒入模具内预热的硼粉预制体的上面，通过压力机施加压力，使熔融的铝金属浸渗到预热的硼粉预制体之间的间隙中，待熔融的铝金属完全浸渗到预热的硼粉预制体中，以50°C/min?200°C/min的速度进行冷却，冷却后脱模，得到铸锭，即Al基硼10复合材料。
[0024 ] 本实施方式中步骤四所述的浸渗的速度为I Omm/s?50mm/s。
[0025]【具体实施方式】六:本实施方式与【具体实施方式】五不同的是:步骤一中按体积分数称取50 %硼粉和50 %铝金属。其他与【具体实施方式】五相同。
[0026]【具体实施方式】七:本实施方式与【具体实施方式】五或六不同的是:步骤四中所述将步骤一称取的25%?70%铝金属加热至熔化是在加热温度大于铝金属熔点50°C?100 °C的条件下进行的。其他与【具体实施方式】五或六相同。
[0027]【具体实施方式】八:本实施方式与【具体实施方式】五至七之一不同的是:步骤四中通过压力机施加的压力为25MPa?50MPa。其他与【具体实施方式】五至七之一相同。
[0028]【具体实施方式】九:本实施方式与【具体实施方式】五至八之一不同的是:步骤一中所述铝金属为纯铝或铝合金;所述铝合金为Al-Si合金、Al-Cu合金、Al-Mg合金、Al-S1-Cu合金、Al-S1-Mg合金、Al-Cu-Mg合金和Al-S1-Cu-Mg合金中的一种或其中几种的组合;所述Al-Si合金中Si的质量分数为1%?25%，所述Al-Cu合金中Cu的质量分数为1%?53%，所述Al-Mg合金中Mg的质量分数为I %?38%。其他与【具体实施方式】五至八之一相同。
[0029]【具体实施方式】十:本实施方式与【具体实施方式】五至九之一不同的是:步骤一中所述硼粉的纯度为80%?99.9999%;所述硼粉为富含iqB同位素的单质硼，其中iqB同位素的丰度为19.78%?99.9% ,所述硼粉的粒径为0.1ym?ΙΟΟμπι，所述硼粉为无定形态和定形态中的一种或两种的组合。其他与【具体实施方式】五至九之一相同。
[0030]采用以下实施例验证本发明的有益效果:
[0031]实施例一:一种Al基硼10复合材料的制备方法是按以下步骤完成的:
[0032]一、称料:按体积分数称取40%硼粉和60%铝金属;所述硼粉为富含lt3B同位素的单质无定型硼，其