碳化硼鋁基復合材料的制備及其力學性能的研究.pdf

1、核能作為高效、清潔、可持續(xù)利用的新型能源，日益受到關(guān)注。隨著我國核電事業(yè)的飛速發(fā)展，核反應堆卸出的乏燃料日趨增多，開發(fā)一種乏燃料貯運用的高性能中子吸收材料已成為必然。目前，國內(nèi)核電站所使用的中子吸收材料基本上都是進口的，因此，中子吸收材料的國產(chǎn)化已經(jīng)成為亟需解決的問題。本文基于粉末冶金技術(shù)原理，分別采用冷壓-真空燒結(jié)法和快速熱壓法制備中子吸收用B4C/Al復合材料，對冷壓-真空燒結(jié)法和快速熱壓法的工藝過程進行探索和研究，并對最終制備的復

2、合材料的物相組成、微觀形貌和力學性能進行測試和分析，取得以下成果:
　　(1)通過冷壓-真空燒結(jié)法制備B4C/Al復合材料，在冷壓過程中，壓坯密度隨著壓制壓力的增大而增大，壓制過程符合經(jīng)典壓制方程的描述，尤以黃培云方程最為近似。在真空燒結(jié)過程中，燒結(jié)體密度隨著真空燒結(jié)溫度的升高而不斷提高最終趨于平穩(wěn)，隨著真空燒結(jié)時間的延長而不斷提高。在熱軋過程中，復合材料的密度隨熱軋溫度的升高而不斷提高，最終趨于穩(wěn)定。
　　(2)冷壓-真空

3、燒結(jié)法制備的B4C/Al復合材料，其物相組成為B4C和Al兩相，沒有明顯的缺陷相Al4C3生成。當碳化硼的含量為36wt％時，在400MPa下進行冷壓成形，600℃、2h進行真空燒結(jié)，500℃進行道次熱軋制備的復合材料致密度最高，達到98.13％，其抗彎強度為284MPa，硬度為71HB。復合材料的斷裂方式既有鋁合金基體的韌性撕裂，也有碳化硼顆粒的解理斷裂，同時還包含著碳化硼顆粒與鋁合金基體之間的界面脫粘，是多種斷裂方式共同作用的結(jié)果。

4、
　　(3)采用快速熱壓法制備的B4C/Al復合材料，其物相組成為Al和B4C兩相，B4C顆粒均勻地鑲嵌在鋁合金基體中，顆粒與基體之間界面結(jié)合緊密。復合材料的密度隨預壓制壓力增大而增大，隨B4C含量增加而降低，在熱壓壓力和溫度共同作用下，鋁合金液充分填充壓坯孔隙以實現(xiàn)高致密。當B4C含量（質(zhì)量分數(shù)）為30％，在150MPa預壓制，530℃、10MPa熱壓制備的復合材料相對密度最高，達到99.87％。經(jīng)T6態(tài)熱處理后，材料的硬度和抗

5、彎強度均提高，分別達到123HB和394MPa，在T6熱處理前材料的斷裂方式是韌性斷裂，在T6熱處理后有向脆性斷裂轉(zhuǎn)變的趨勢。
　　(4)冷壓-真空燒結(jié)法原材料利用率高，后續(xù)加工量少，生產(chǎn)成本低，但其工序較為復雜，需要后期致密化工藝，制備的材料尺寸較小，適用于形狀精確的零部件生產(chǎn)。相較之下，快速熱壓法制備的復合材料組織更加致密，力學性能更高，且工藝更為簡單，能耗更低，結(jié)合熱軋工藝，可用于大尺寸板材的生產(chǎn)，但對該工藝熱壓模具有較高的