[发明专利]一种多孔B4

说明书

本发明涉及一种多孔B₄C陶瓷骨架及其冷冻注模工艺，多孔B₄C是为作为中子吸收材料B₄C/Al的陶瓷骨架，采用浸渗法在B₄C骨架中渗入Al，可提高B₄C/Al结构中的B₄C陶瓷含量，增加中子吸收能力；该B₄C选用粒径分别为5μm、10μm、20μm、40μm的不同粒子，以水作为冷冻注模溶剂，按质量百分比混合，加入适量的分散剂和粘结剂、冷冻、升华后获得B₄C陶瓷坯体，在2000℃烧结后得到可供浸渗Al的B₄C陶瓷骨架；本发明的B₄C陶瓷骨架强度适中、B₄C陶瓷含量高，同时具有良好的通孔结构、可耐Al浸渗过程中的产生的压力，且制备工艺简单，B₄C含量的增加可大大提高B₄C/Al中子吸收效率。

技术领域

本发明涉及一种用于乏燃料中子吸收用的B₄C/Al复合材料的多孔B₄C陶瓷骨架制备工艺，属于陶瓷材料领域。

背景技术

B₄C/Al复合材料由于含有中子吸收性能良好的元素B，可用作制备中子吸收贮存结构材料。其优点是耐腐蚀、耐辐照、使用寿命长，能提高乏燃料贮运的经济性和安全性。B₄C/Al中子吸收材料常用的制备方法有熔铸法、粉末冶金法、浸渗法等。熔铸法获得的复合材料界面反应严重，粉末冶金法存在工艺复杂，B₄C含量低、B₄C分布欠均匀等问题。近年来，浸渗法制备B₄C/Al复合材料的工艺在我国迅速发展，浸渗法是使铝金属熔融并自发渗入到固体B₄C多孔骨架预制件内，但这种方法的制备需要提前将B₄C烧结制成多孔陶瓷骨架。

多孔陶瓷骨架的制备方法有很多，例如泡沫浸渍法、无压烧结工艺等。冷冻注模工艺由于具有方法简单、孔结构均匀等优点在制备多孔材料方面有较快的发展。目前，在碳化硼烧结制备方面，主要工作如茹红强等(参见专利文献 1)研制了一种反应烧结碳化硼陶瓷复合材料的凝胶注模成型制备方法，该方法以将间苯二酚、甲醛、碳酸钠和去离子水混合，加入B₄C粉末，形成B₄C混合浆料；2)：将混合浆料，真空除气注模密封；水浴中进行溶胶凝胶化，并老化4～ 50h；常压干燥后高温碳化，制得B₄C/C素坯；3)：在B₄C/C素坯上放置硅，进行高温熔渗制得烧结体，冷却去除多余的硅，获得反应烧结碳化硼陶瓷复合材料。曾凡浩等公开了一种一种含锆的碳化硼-铝合金复合材料及其制备方法(参见专利文献2)，该方法采用粉末烧结方法制备多孔碳化硼基体，然后将熔融的含锆铝合金溶渗进入多孔碳化硼基体制成致密的复合材料。该发明各元素搭配合理，结构设计科学，制备工艺简单，所得产品的密度低，硬度高，断裂韧性好，耐热震性好，不受形状限制，适合用于轻质高硬耐冲击的结构材料。黄宗波等发明了一种碳化硼复合材料制备方法(参见专利文献3)，该发明涉及的碳化硼复合材料制备方法包括如下步骤：碳化硼粉末的预处理；将预处理后的碳化硼粉末模压成型；碳化硼骨架的预烧；将预烧之后的碳化硼骨架与浸渗金属进行无压浸渗处理；将经过无压浸渗的碳化硼复合材料初坯进行热处理，得到高纯度的碳化硼复合材料。虽然有诸多关于多孔碳化硼制备方法的报道，但是在用水做溶剂的冷冻注模法制备B₄C多孔陶瓷骨架方面却未见报道。

目前，尽管现浸渗法或者粉末冶金法制备的B₄C/Al性能比较优良，但是其所含有的B₄C含量相对较低，工艺成本较高，操作复杂，界面不易控制，材料强度低，因此，研究更好的多孔碳化硼陶瓷成型方法，是获得高品质B₄C/Al复合材料的重要方向，本发明正是针对这一情况研制出的新型多孔碳化硼陶瓷骨架成型工艺。

专利文献1：CN105777130A；

专利文献2：CN105483487A；