【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于核用材料，具体涉及一种耐高温铝基碳化硼核屏蔽材料的制备方法。
技术介绍
1、铝基碳化硼复合材料由于具有高比强度和比刚度、较低的热膨胀系数以及良好的中子吸收性能，因此可作为结构功能一体化材料应用于乏燃料贮运领域。目前铝基碳化硼复合材料已作为格架材料成功应用于核电站乏燃料湿法贮存设备，但由于湿法贮存技术存在一系列缺点，具有发达核电工业的国家已逐渐采用干式贮存技术。同时，乏燃料在远距离运输过程中也需要安全可靠的干式贮存容器来提供保障。由于干式贮存技术中无冷却水冷却，需要整体结构具有更强的耐高温性能及散热能力。因此，干式贮存技术要求屏蔽材料具备可单独承载的能力，且能在300℃以上保持长期稳定的高温强度。
2、常规型铝基碳化硼屏蔽材料的高温性能远远达不到使用要求。目前制备铝基碳化硼复合材料的主要方法为粉末冶金法，该方法制备的复合材料往往致密性较差，工艺过程复杂且成本较高。公开号cn112176227a的中国专利公开了一种碳化硼铝复合材料及制备方法，所述复合材料是经过表面处理、球磨混粉、烧结、均匀后处理、热挤压、热处理等步骤制成的。公开号cn113862524a的中国专利公开了一种核用稀土改性铝基碳化硼材料及其制备方法，所述复合材料是经过粉体前处理、粉体球磨混合、冷压成型真空热压烧结、轧制及后处理等步骤制成。但以上专利均采用粉末冶金工艺制备，成本较高且仍存在高温性能不足，无法满足干式贮存及运输的问题。相比之下，液相复合法可制备出致密性较高的复合材料，且生产成本较低、适合规模化生产，故该工艺在陶瓷颗粒/铝基复合材料制
3、因此，亟需优化现有铝基碳化硼复合材料的成分及制备工艺，多方面改善现有复合材料的组织及性能，降低综合成本，扩大应用领域，推进产业化进程。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种耐高温铝基碳化硼核屏蔽材料的制备方法。该制备方法通过控制加料顺序以及加料形式，增加了碳化硼与熔体之间的润湿性，避免生成粗大的脆性析出相，保证了稀土元素含量，提高材料的致密度、耐热性和高温性能，有效解决传统铝基碳化硼材料致密性差、高温性能不足、制备成本高等问题。
2、为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种耐高温铝基碳化硼核屏蔽材料的制备方法，其特征在于，核屏蔽材料按照质量百分比计包括以下成分：碳化硼 5%~20%，铝合金 76%~94.4%，稀土元素 0.1%~1%，ti或zr 0.5%~3%；
3、该方法包括以下步骤：
4、步骤一、将块状铝合金基体在750℃~850℃熔化，得到铝合金熔体；
5、步骤二、待步骤一中铝合金熔体的温度稳定在800℃时，将碳化硼、ti或zr原料同时加入到铝合金熔体中反应3min~10min，并搅拌使得碳化硼均匀分散在铝合金熔体中，得到混合熔体；所述ti或zr原料为氟钛酸钾或氟锆酸钾；
6、步骤三、将步骤二中得到的混合熔体表面浮渣倒掉，然后加入稀土元素原料并搅拌3min~10min，再浇铸得到铝基碳化硼铸锭；
7、步骤四、将步骤三中得到的铝基碳化硼铸锭进行热轧，然后进行固溶时效热处理，得到耐高温铝基碳化硼核屏蔽材料。
8、上述的一种耐高温铝基碳化硼核屏蔽材料的制备方法，其特征在于，按照质量百分比计包括以下成分：碳化硼 10%~20%，铝合金 77.2%~88.8%，稀土元素 0.2%~0.8%，ti或zr 1%~2%。
9、上述的一种耐高温铝基碳化硼核屏蔽材料，其特征在于，所述铝合金为1系铝合金、2系铝合金、5系铝合金、6系铝合金和7系铝合金中的一种。
10、上述的一种耐高温铝基碳化硼核屏蔽材料的制备方法，其特征在于，所述稀土元素为镧、铈、钆和钪中的一种或两种以上。
11、上述的一种耐高温铝基碳化硼核屏蔽材料的制备方法，其特征在于，步骤二中所述搅拌为机械搅拌、超声搅拌或磁场搅拌。
12、上述的一种耐高温铝基碳化硼核屏蔽材料的制备方法，其特征在于，步骤三中所述稀土元素原料为al-re，re代表稀土元素。
13、上述的一种耐高温铝基碳化硼核屏蔽材料的制备方法，其特征在于，步骤四中所述热轧的温度为350℃~500℃，道次变形量为10%，总变形量为80%。
14、本专利技术与现有技术相比具有以下优点：
15、1、本专利技术的制备过程中将ti或zr以氟钛酸钾或氟锆酸钾的形式引入铝合金熔体中，能够破坏熔体表面的氧化膜，有效增加了碳化硼与熔体之间的润湿性，有利于提高材料的致密度；此外，ti或zr能够与碳化硼反应，在其表面原位生成一层tib2或zrb2保护层抑制界面反应，避免基体中生成粗大的脆性析出相（alb2和al3bc），改善了铝基碳化硼核屏蔽材料的力学性能。
16、2、本专利技术的制备过程中将稀土元素以al-re的形式引入熔体中，能够缩短熔炼时间，降低熔炼温度，避免稀土元素在高温长时间熔炼过程中的烧损，保证了材料的高温性能。
17、3、相比于粉末冶金法，本专利技术采用液相复合法制备耐高温铝基碳化硼核屏蔽材料，生产成本较低，且易于制备大体积材料，有利于实现铝基碳化硼核屏蔽材料的过程化应用。
18、4、本专利技术的铝基碳化硼核屏蔽材料中通过引入稀土元素，以细化晶粒及枝晶，使沿晶内分布的粗大析出相消失，形成球状相，减少晶界处条状及碎块状化合物的生成，提高了材料的强度及延伸率；同时，稀土元素固溶或偏聚在相界、晶界和枝晶界，提高了铝合金晶界强度和抗蠕变能力，使晶间裂纹不易扩展，进而提高材料的耐热性和高温性能，满足乏燃料干式贮存和运输对屏蔽材料高温性能的要求。
19、5、本专利技术制备的耐高温铝基碳化硼核屏蔽材料致密度可达到99%以上，室温抗拉强度可达590mpa，350℃下抗拉强度可达140mpa，且制备成本低，易于实现批量化生产，可应用于核电站乏燃料湿法贮存、干法贮存及运输领域。
20、下面通过附图和实施例对本专利技术的技术方案作进一步的详细描述。
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1.一种耐高温铝基碳化硼核屏蔽材料的制备方法，其特征在于，核屏蔽材料按照质量百分比计包括以下成分：碳化硼 5%~20%，铝合金 76%~94.4%，稀土元素 0.1%~1%，Ti或Zr0.5%~3%；
2.根据权利要求1所述的一种耐高温铝基碳化硼核屏蔽材料的制备方法，其特征在于，按照质量百分比计包括以下成分：碳化硼 10%~20%，铝合金 77.2%~88.8%，稀土元素 0.2%~0.8%，Ti或Zr 1%~2%。
3.根据权利要求1所述的一种耐高温铝基碳化硼核屏蔽材料的制备方法，其特征在于，所述铝合金为1系铝合金、2系铝合金、5系铝合金、6系铝合金和7系铝合金中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种耐高温铝基碳化硼核屏蔽材料的制备方法，其特征在于，所述稀土元素为镧、铈、钆和钪中的一种或两种以上。
5.根据权利要求1所述的一种耐高温铝基碳化硼核屏蔽材料的制备方法，其特征在于，步骤二中所述搅拌为机械搅拌、超声搅拌或磁场搅拌。
6.根据权利要求1所述的一种耐高温铝基碳化硼核屏蔽材料的制备方法，其特征在于，步骤三中所述稀土元
7.根据权利要求1所述的一种耐高温铝基碳化硼核屏蔽材料的制备方法，其特征在于，步骤四中所述热轧的温度为350℃~500℃，道次变形量为10%，总变形量为80%。
...【技术特征摘要】
1.一种耐高温铝基碳化硼核屏蔽材料的制备方法，其特征在于，核屏蔽材料按照质量百分比计包括以下成分：碳化硼 5%~20%，铝合金 76%~94.4%，稀土元素 0.1%~1%，ti或zr0.5%~3%；
2.根据权利要求1所述的一种耐高温铝基碳化硼核屏蔽材料的制备方法，其特征在于，按照质量百分比计包括以下成分：碳化硼 10%~20%，铝合金 77.2%~88.8%，稀土元素 0.2%~0.8%，ti或zr 1%~2%。
3.根据权利要求1所述的一种耐高温铝基碳化硼核屏蔽材料的制备方法，其特征在于，所述铝合金为1系铝合金、2系铝合金、5系铝合金、6系铝合金和7系铝合金中的一种。...
【专利技术属性】
技术研发人员：张于胜，陈咪，彭雄厚，吴金平，李欢，祖愿，王书展，
申请(专利权)人：西安稀有金属材料研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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