[发明专利]一种铝基碳化硼复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及复合材料生产设备技术领域，具体为一种铝基碳化硼复合材料及其制备方法，制备方法包括以下步骤：球磨混粉、烧结、均匀化处理及热处理；制备装置包括球磨生产结构和入模生产结构，球磨生产结构的前端位置连通有入模生产结构；本发明制得的铝基碳化硼复合材料，密度仅为2.5～2.6g/cm³，低于铝合金；复合材料中的碳化硼增强体为自然界第三硬的陶瓷颗粒，耐磨性优异；复合材料中的石墨烯为层状结构，复合材料在工作状态下可有效的在其表面铺展形成自润滑膜；此外石墨烯又能作为增强体，复合材料可以在真空环境下使用。

技术领域

本发明涉及复合材料生产设备技术领域，具体为一种铝基碳化硼复合材料及其制备方法。

背景技术

随着核电和太空领域有技术和应用的快速发展，在制备材料上对中子等射线的屏蔽材料的性能要求越来越高。对于中子的屏蔽，含锂元素的氟化锂和含硼元素的氧化硼、碳化硼等是优良的慢中子吸收物质，其中碳化硼的中子屏蔽性能较好，以碳化硼作为增强体制备的铝基复合材料不仅具有质量轻、比强度高、热膨胀系数低、良好的热稳定性和导热、导电性能的优点，而且还具有良好的中子屏蔽性能，已经以板的形式在乏燃料水池或燃料运输容器等核工业领域获得应用。

根据中国专利号CN201110224888.3，本发明涉及一种铝基碳化硼中子吸收复合材料的制备方法，是针对中子吸收复合材料的特性，采用铝粉、硅粉、钛粉、碳化硼粉做原料，采用粉末冶金法，通过研磨、制坯、冷压、焙烧、热压，在真空状态下制成铝基碳化硼中子吸收复合材料，经回火定性处理，使材料的化学物理性能更加稳定，此制备方法工艺先进合理，连续紧凑，数据翔实准确，此材料配比合理，具有稳定的物理化学性能和力学性能，产物纯度好，达99.5%，可用此材料制备各种中子吸收零部件，是十分理想的铝基碳化硼中子吸收复合材料的制备方法，但是该专利存在不能够实现原料的投料、混合、传输、入模一体式的生产过程，需要进行改进。

根据中国专利号CN201811611745.6，一种碳纤维增强的铝基碳化硼中子屏蔽材料的制备方法，属于碳纤维增强金属基复合屏蔽材料制备及应用的技术领域，可解决铝基碳化硼中过高陶瓷颗粒降低了复合材料的塑形和加工性能的问题，将球磨混合均匀的复合粉末装在预先制好的石墨模具内进行表面活化、等离子活化烧结，烧结后的试样进行热处理得到了碳纤维增强的铝基碳化硼复合材料。本发明是先进的制备碳纤维增强铝基碳化硼中子吸收板的方法，但是该专利存在生产原料不方便进行多次球磨生产工作，需要进行改进。

但是现有使用的一种铝基碳化硼复合材料的制备装置使用过程中还是存在一些不足之处，使用的过程中不能够实现原料的投料、混合、传输、入模一体式的生产过程，不利于产业化的生产工作，同时存在生产原料不方便进行多次球磨生产工作，所以需要一种铝基碳化硼复合材料的制备装置，以解决上述中提出的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铝基碳化硼复合材料及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种铝基碳化硼复合材料，其制备方法包括以下步骤：

S1、球磨混粉：采用双级球磨工艺，首先将铝合金粉末与碳化硼粉末进行一级球磨，球磨机转速设定为200～350r/min，时间为1～3h，再次将一级球磨获得的粉体与石墨烯混合后进行二级球磨，球磨机转速设定为100～200r/min，时间为3～5h；

S2、烧结：将经步骤S1得到的粉末置于模具中冷压至压力为20～40MPa，然后将模具放入加热炉中加热至温度为570～610℃，保温1～2h后，利用压力机进行热压，热压完成后冷却至室温脱模，得到铸锭；

S3、均匀化处理：将经步骤S2得到的铸锭加热至510～530℃，然后保温14～20h，保温结束后随炉冷却至100℃以下后再进行空冷；

S4、热处理：将经步骤S3处理后的材料在530～550℃温度下保温2～4h，然后用水淬火后进行时效，时效温度为160～180℃，时效时间为8～10h，最终制得铝基碳化硼复合材料。