碳化硼鋁基復(fù)合材料的制備及其力學(xué)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(guó)核電事業(yè)的飛速發(fā)展，核反應(yīng)堆卸出的乏燃料日趨增多，開發(fā)一種乏燃料貯運(yùn)用的高性能中子吸收材料已成為必然。目前，國(guó)內(nèi)核電站所使用的中子吸收材料基本上都是進(jìn)口的，因此，中子吸收材料的國(guó)產(chǎn)化已經(jīng)成為亟需解決的問(wèn)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(fù)合材料，對(duì)冷壓-真空燒結(jié)法和快速熱壓法的工藝過(guò)程進(jìn)行探索和研究，并對(duì)最終制備的復(fù)

2、合材料的物相組成、微觀形貌和力學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試和分析，取得以下成果:
　　(1)通過(guò)冷壓-真空燒結(jié)法制備B4C/Al復(fù)合材料，在冷壓過(guò)程中，壓坯密度隨著壓制壓力的增大而增大，壓制過(guò)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(guò)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(shí)間的延長(zhǎng)而不斷提高。在熱軋過(guò)程中，復(fù)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(fù)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(dāng)碳化硼的含量為36wt％時(shí)，在400MPa下進(jìn)行冷壓成形，600℃、2h進(jìn)行真空燒結(jié)，500℃進(jìn)行道次熱軋制備的復(fù)合材料致密度最高，達(dá)到98.13％，其抗彎強(qiáng)度為284MPa，硬度為71HB。復(fù)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(shí)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(fù)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(fù)合材料的密度隨預(yù)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(shí)現(xiàn)高致密。當(dāng)B4C含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為30％，在150MPa預(yù)壓制，530℃、10MPa熱壓制備的復(fù)合材料相對(duì)密度最高，達(dá)到99.87％。經(jīng)T6態(tài)熱處理后，材料的硬度和抗

5、彎強(qiáng)度均提高，分別達(dá)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(shì)。
　　(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(fù)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(fù)合材料組織更加致密，力學(xué)性能更高，且工藝更為簡(jiǎn)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(duì)該工藝熱壓模具有較高的