【技术实现步骤摘要】
本申请涉及核用材料，特别是一种核用锆-铪异种金属及放电等离子加压烧结连接方法。
技术介绍
1、随着工业生产的不断发展，单一的金属结构已经难以满足现代工业的生产需要，因此异种金属复合结构的使用成为工业发展中的新趋势。锆因其具有优良的耐腐蚀性能、良好的力学强度和塑性以及低的热中子吸收截面积，被广泛应用于核工业和化学工业中制备结构构件。而铪因其热中子吸收截面大，可以吸收核反应堆的热中子而用于控制核反应堆的反应速度，常用作控制材料。因此利用两种金属各自性能特点，将锆、铪结合可实现核反应过程优化控制。
2、目前应用于异种金属连接有焊接法、真空热压法和真空扩散连接法等方法。cn103862174a公开了一种锆基非晶合金与商用金属合金的激光焊接方法，然而锆(熔点1852℃)和铪(熔点2222℃)的熔点差异较大，锆达到熔化状态时，铪仍然处于固态，使焊接接头难以焊合，且容易在接头处形成裂纹；cn101690992a公开了一种制备异种金属材料过渡接头的方法，将金属材料a的端部加工出锥度，然后在真空下将金属材料a的端部热压连接至金属材料b的内腔中，获得接头，然而该方法需要加工成特定锥度的金属材料a和具有内腔结构的金属材料b，不适宜于平面金属材料的连接；cn113478063a公开了一种以难熔金属为中间层的钛锆钼合金真空扩散连接方法，采用铌箔或钽箔作为连接中间层，实现钛锆钼合金的扩散连接，然而真空扩散连接需要经历长时间的扩散保温以及均匀化保温，能耗高，耗时长，难以提高生产效率。
3、由此可见，亟需提供一种核用锆-铪异种金属及放电
技术实现思路
1、本申请的目的在于，提供一种核用锆-铪异种金属及放电等离子加压烧结连接方法，能够改善异种金属生产效率不高的缺陷。
2、第一方面，本申请提供一种锆-铪异种金属，异种金属依次由铪层、第一扩散层、中间层、第二扩散层以及锆层组成，所述异种金属由铪金属块、中间层预混合粉以及锆金属块通过放电等离子加压烧结制备而成，所述中间层预混合粉由铪粉和锆粉组成，以所述中间层预混合粉的总量计，所述铪粉的原子百分比为30％～80％，余量为锆粉。
3、可选的，以所述中间层预混合粉的总量计，所述铪粉的原子百分比为40％～80％，余量为锆粉。
4、可选的，所述铪层的组织结构为等轴组织，粒径为200～800μm，所述锆层的组织结构为片状组织，片状组织长度方向的尺寸为200～700μm，宽度方向的尺寸为10～80μm。
5、可选的，所述中间层的组织结构为片状组织，所述片状组织长度方向的尺寸为60～500μm，宽度方向的尺寸为3～64μm，长宽比为5～35。
6、可选的，所述片状组织长度方向的尺寸为60～500μm，宽度方向的尺寸为3～30μm，长宽比为9～35。
7、可选的，以中间层预混合粉的总量计，所述铪粉的原子百分比为40％～60％，余量为锆粉，所述中间层的组织结构为片状组织，所述片状组织长度方向的尺寸为60～500μm，宽度方向的尺寸为5～30μm，长宽比为9～33。
8、可选的，所述第一扩散层的厚度为200～400μm，所述第二扩散层的厚度为200～500μm，所述第一扩散层和第二扩散层的总厚度占所述第一扩散层、第二扩散层和中间层的总厚度之比为0.41-0.60。
9、第二方面，本专利技术提供一种锆-铪异种金属放电等离子加压烧结连接方法，包括以下步骤：
10、s1.提供铪金属块、中间层预混合粉和锆金属块，所述中间层预混合粉由铪粉和锆粉组成，以中间层预混合粉的总量计，所述铪粉的原子百分比为30％～80％，余量为锆粉；
11、s2.将所述铪金属块、中间层预混合粉和锆金属块叠放于模具中，并且使得中间层预混合粉位于所述铪金属块和锆金属块之间；
12、s3.将所述模具置于放电等离子烧结系统中，进行加压烧结，制备得到锆-铪异种金属。
13、可选的，步骤s1中的所述铪金属块和锆金属块分别采用放电等子加压烧结制备得到，所述铪金属块的烧结温度为1600～1700℃，烧结压力为20～40mpa，烧结时间为5～15min，所述锆金属块的烧结温度为1450～1550℃，烧结压力为20～40mpa，烧结时间为5～15min。
14、可选的，步骤s3中，烧结温度为1450～1550℃，烧结压力为20～40mpa，烧结时间为5～15min。
15、综上所述，本申请具有以下至少一种有益效果：
16、1.本专利技术提供的一种锆-铪异种金属，采用放电等离子加压烧结连接方法，能够在较短时间内完成烧结过程，显著提高生产效率，此外，本专利技术由铪金属块、中间层预混合粉以及锆金属块通过放电等离子加压烧结制备而成，能够精确调整中间层预混合粉的原料配比，以及精确调控烧结工艺，从而制备得到具有特定组成和特定组织结构的锆-铪异种金属，使得制备得到的锆-铪异种金属具有高的结合强度，在后续的实施例中测得锆-铪异种金属的剪切强度为422mpa以上，较佳的实施例中，能够达到522mpa以上，最佳能够达到555mpa，同时保留了锆金属的本征性能和铪金属的本征性能，两者结合可实现核反应过程优化控制。
17、2.本专利技术提供的一种锆-铪异种金属，由铪层、第一扩散层、中间层、第二扩散层以及锆层组成，铪层为等轴组织，锆层为片状组织，中间层为片状组织，第一扩散层和第二扩散层具有特定的厚度和组织，使得中间层和两端的铪层以及锆层的形成了冶金结合，提高结合强度，同时中间层的片状组织具有特定的长度、宽度以及长宽比，使得中间层本身具有高的强度，在多方面因素的共同作用下，提高了锆-铪异种金属整体的剪切强度。
18、3.本专利技术提供的一种锆-铪异种金属放电等离子加压烧结连接方法，具有升温快、烧结时间短、外加压力、所制得的材料致密度高的特点，并能够精确控温，能够精准调控锆-铪异种金属的组织以及性能。
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1.一种锆-铪异种金属，其特征在于，异种金属依次由铪层、第一扩散层、中间层、第二扩散层以及锆层组成，所述异种金属由铪金属块、中间层预混合粉以及锆金属块通过放电等离子加压烧结制备而成，所述中间层预混合粉由铪粉和锆粉组成，以所述中间层预混合粉的总量计，所述铪粉的原子百分比为30％～80％，余量为锆粉。
2.根据权利要求1所述的锆-铪异种金属，其特征在于，以所述中间层预混合粉的总量计，所述铪粉的原子百分比为40％～80％，余量为锆粉。
3.根据权利要求1所述的锆-铪异种金属，其特征在于，所述铪层的组织结构为等轴组织，粒径为200～800μm，所述锆层的组织结构为片状组织，片状组织长度方向的尺寸为200～700μm，宽度方向的尺寸为10～80μm。
4.根据权利要求1所述的锆-铪异种金属，其特征在于，所述中间层的组织结构为片状组织，所述片状组织长度方向的尺寸为60～500μm，宽度方向的尺寸为3～64μm，长宽比为5～35。
5.根据权利要求4所述的锆-铪异种金属，其特征在于，所述片状组织长度方向的尺寸为60～500μm，宽度方向的尺寸为3
6.根据权利要求1所述的锆-铪异种金属，其特征在于，以中间层预混合粉的总量计，所述铪粉的原子百分比为40％～60％，余量为锆粉，所述中间层的组织结构为片状组织，所述片状组织长度方向的尺寸为60～500μm，宽度方向的尺寸为5～30μm，长宽比为9～33。
7.根据权利要求1所述的锆-铪异种金属，其特征在于，所述第一扩散层的厚度为200～400μm，所述第二扩散层的厚度为200～500μm，所述第一扩散层和第二扩散层的总厚度占所述第一扩散层、第二扩散层和中间层的总厚度之比为0.41-0.60。
8.一种锆-铪异种金属放电等离子加压烧结连接方法，包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的锆-铪异种金属放电等离子加压烧结连接方法，其特征在于，步骤S1中的所述铪金属块和锆金属块分别采用放电等子加压烧结制备得到，所述铪金属块的烧结温度为1600～1700℃，烧结压力为20～40MPa，烧结时间为5～15min，所述锆金属块的烧结温度为1450～1550℃，烧结压力为20～40MPa，烧结时间为5～15min。
10.根据权利要求8所述的锆-铪异种金属放电等离子加压烧结连接方法，其特征在于，步骤S3中，烧结温度为1450～1550℃，烧结压力为20～40MPa，烧结时间为5～15min。
...【技术特征摘要】
1.一种锆-铪异种金属，其特征在于，异种金属依次由铪层、第一扩散层、中间层、第二扩散层以及锆层组成，所述异种金属由铪金属块、中间层预混合粉以及锆金属块通过放电等离子加压烧结制备而成，所述中间层预混合粉由铪粉和锆粉组成，以所述中间层预混合粉的总量计，所述铪粉的原子百分比为30％～80％，余量为锆粉。
2.根据权利要求1所述的锆-铪异种金属，其特征在于，以所述中间层预混合粉的总量计，所述铪粉的原子百分比为40％～80％，余量为锆粉。
3.根据权利要求1所述的锆-铪异种金属，其特征在于，所述铪层的组织结构为等轴组织，粒径为200～800μm，所述锆层的组织结构为片状组织，片状组织长度方向的尺寸为200～700μm，宽度方向的尺寸为10～80μm。
4.根据权利要求1所述的锆-铪异种金属，其特征在于，所述中间层的组织结构为片状组织，所述片状组织长度方向的尺寸为60～500μm，宽度方向的尺寸为3～64μm，长宽比为5～35。
5.根据权利要求4所述的锆-铪异种金属，其特征在于，所述片状组织长度方向的尺寸为60～500μm，宽度方向的尺寸为3～30μm，长宽比为9～35。
6.根据权利要求1所述的锆-铪异种金属，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：王仁全，刘颖，贾杰，何勇，廖志海，孙永铎，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：
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