本發(fā)明涉及材料領(lǐng)域，尤其是復(fù)合屏蔽材料制備領(lǐng)域，具體為一種碳化硼/鋁復(fù)合板材制備方法，該方法是一種用于核反應(yīng)堆、乏燃料組件貯存及放射性物質(zhì)貯運(yùn)等核輻射場所的復(fù)合屏蔽材料的制備方法。

背景技術(shù)：
在核反應(yīng)堆、乏燃料組件貯存等領(lǐng)域產(chǎn)生的輻射中，特別要重視的屏蔽問題是中子輻射，中子吸收材料已成為其貯存及運(yùn)輸過程中的重要材料。B4C具有熔點(diǎn)高、強(qiáng)度大、密度小、熱膨脹系數(shù)小、導(dǎo)熱好的優(yōu)點(diǎn)，且在中子輻照下結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，并且具有良好的耐酸堿腐蝕性、成本低廉等物理和化學(xué)性能。因此，在各種核反應(yīng)堆型和中子吸收體中，硼化硼常常作為固態(tài)中子吸收劑。然而，單一碳化硼陶瓷材料的斷裂韌性很低，且很難燒結(jié)致密。為了改善碳化硼的韌性，把碳化硼和鋁或者鋁合金做成中子吸收復(fù)合材料，是一種不錯的選擇。鋁及鋁合金具有材質(zhì)輕、韌性好、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，且密度與碳化硼相近。因此，B4C/Al中子吸收復(fù)合材料兼具金屬鋁的性能（塑性和韌性）和碳化硼陶瓷的優(yōu)點(diǎn)（高強(qiáng)度、高剛度、良好的中子吸收效果），具有廣闊的應(yīng)用前景。目前，B4C/Al復(fù)合材料的制備方法主要包括：熔體浸滲技術(shù)、熔煉制備技術(shù)、粉末冶金制備技術(shù)、自蔓延高溫合成技術(shù)等。相對于鑄造軋制制造中子吸收材料而言，粉末冶金法可大大改善碳化硼的分布均勻性。中國專利CN200910263588.9（申請人：中國核動力研究設(shè)計院）公開了一種乏燃料貯運(yùn)用B4C-Al中子吸收板的制備方法，其制備過程是將B4C粉與Al粉在混料機(jī)中混合后模壓或冷等靜壓成型，然后置于惰性氣氛燒結(jié)爐或真空爐中燒結(jié)，將燒結(jié)后的芯體與純鋁或鋁合金框架焊接封裝，然后熱軋至設(shè)計尺寸，冷卻至室溫后，再冷軋矯至到最后尺寸，得到B4C/Al中子吸收板。北京有色金屬研究總院的高強(qiáng)高塑顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料及其制造方法（CN02158747.7）中描述了一種B4C、SiC、Al2O3、AlN顆粒增強(qiáng)的鋁基復(fù)合材料及制備方法，其制備方法是將增強(qiáng)體粉末與微量活性金屬元素加入到球磨筒中進(jìn)行高能球磨后，再加入鋁基合金粉末進(jìn)行高速高能球磨，最后再加入微量液態(tài)表面活性劑在15℃-80℃范圍內(nèi)球磨，球磨后的復(fù)合粉末經(jīng)熱壓成形獲得坯錠，坯錠經(jīng)過擠壓、軋制、模鍛等熱加工后制得成品。該方法利用高能球磨和燒結(jié)或熱壓方法所制備的碳化硼-鋁復(fù)合材料中，鐵等雜質(zhì)含量高，工藝過程復(fù)雜，能耗較高，成本高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的發(fā)明目的在于：針對上述存在的問題，提供一種碳化硼/鋁復(fù)合板材制備方法。本發(fā)明工藝流程短、能源消耗低，所制備的B4C/Al中子吸收板材的質(zhì)量高，能夠用作反應(yīng)堆乏燃料水池和運(yùn)輸容器中的中子吸收材料，能有效控制乏燃料儲存環(huán)境的臨界安全。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種碳化硼/鋁復(fù)合板材制備方法，包括如下步驟：（1）混合料制備；（2）粉坯成型；（3）軋制。進(jìn)一步，包括如下步驟：（1）混合料制備分別取B4C、金屬物，并放入球磨罐中混合、研磨，再將研磨后得到的漿料依次進(jìn)行沉淀、干燥，得到混合粉末；（2）粉坯成型將步驟1制備的混合粉末置于模具中，模壓或冷等靜壓制成芯坯；（3）軋制將步驟2制備的芯坯裝入包套中，并進(jìn)行焊接封裝，焊接封裝后進(jìn)行真空加熱除氣處理，然后再進(jìn)行熱軋，熱軋完成后冷卻至室溫，再冷軋至所需尺寸，即得碳化硼/鋁復(fù)合板材；所述步驟1中，金屬物為Al或鋁合金；所述步驟2中，模壓或冷等靜壓的壓力為30MPa~270MPa；所述步驟3中，熱軋溫度為350℃~680℃。所述步驟3中，真空加熱除氣處理的溫度為300℃~600℃，時間為2h~6h。所述步驟1中，混合粉末中，B4C、金屬物的質(zhì)量百分比如下：B4C5%~50%，金屬物50%~95%。所述步驟1中，球磨罐為鋁球磨罐或鋁合金球磨罐，球磨所采用的磨球為鎢球。所述步驟3中，熱軋溫度為600℃~680℃。所述步驟3中，包套采用鋁或鋁合金制備而成。目前，在現(xiàn)有方法中，如CN200910263588.9中通常采用燒結(jié)的方式制備B4C-Al復(fù)合材料，采用該方式，主要目的在于將材料燒結(jié)成配體。由于B4C與Al的潤濕性較差，燒結(jié)后材料的相對密度僅為95%左右。而本發(fā)明中，省略了燒結(jié)工序，該方法包括“原料混合”、“壓制成型”、“焊封”、“除氣”、“熱軋”五個關(guān)鍵步驟，通過步驟之間的相互配合及熱軋工藝的控制，在保證板材質(zhì)量的前提下，有效縮短工藝流程、降低生產(chǎn)成本及能源消耗。其中，熱軋（hotrolling）是相對于冷軋而言的，冷軋是在再結(jié)晶溫度以下進(jìn)行的軋制，而熱軋就是在再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行的軋制，其與燒結(jié)屬于完全不同的工藝過程。相對于常規(guī)B4C/Al復(fù)合材料粉末冶金制備技術(shù)，本發(fā)明無需采用長時間燒結(jié)，將壓坯在真空加熱除氣后直接熱軋，通過熱軋工藝的控制，使壓坯形成致密胚體，獲得復(fù)合材料板材。經(jīng)測定，采用本發(fā)明所制備的碳化硼/鋁復(fù)合板材具有雜質(zhì)含量低、B4C分布均勻性好，致密化程度高，強(qiáng)度和韌性匹配優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足中子屏蔽領(lǐng)域的需要。綜上，為了簡化B4C/Al中子吸收板材的制備工藝，降低生產(chǎn)成本，本發(fā)明提供一種碳化硼/鋁復(fù)合板材制備方法。本發(fā)明在保證板材質(zhì)量的前提下，能有效縮短工藝流程，降低生產(chǎn)成本及能源消耗，具有生產(chǎn)周期短、能源消耗低的優(yōu)點(diǎn)。同時，本發(fā)明所制備的復(fù)合板材質(zhì)量高，雜質(zhì)含量低、B4C分布均勻性好，致密化程度高，強(qiáng)度和韌性匹配優(yōu)異，能夠滿足中子屏蔽領(lǐng)域的需要，適用于作為反應(yīng)堆乏燃料水池和運(yùn)輸容器中的中子吸收材料，用以控制乏燃料儲存環(huán)境的臨界安全。附圖說明本發(fā)明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中：圖1為本發(fā)明所制備的B4C/Al復(fù)合材料板材樣品圖。圖2為本發(fā)明所制備的B4C/Al復(fù)合材料板材的橫截面剖視圖。具體實(shí)施方式本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。本說明書中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。實(shí)施例1（1）按如下質(zhì)量比B4C：鋁合金=15：85稱取B4C和鋁合金。將稱取的B4C和鋁合金放入鋁球磨罐中研磨，磨球采用鎢球。研磨后，研磨得到的漿料經(jīng)沉淀、干燥后，得到混合粉末。（2）將步驟1制備的混合粉末置于模具中，模壓成芯坯，壓力為30MPa。（3）采用鋁合金作為包套材料，在包套中裝入步驟2制備的芯坯；再采用氬弧焊對包套進(jìn)行焊接封裝、檢漏，焊接封裝后進(jìn)行加熱除氣處理，溫度為300℃，時間為6h。（4）將步驟3采用包套焊接封裝并進(jìn)行加熱除氣處理的芯坯進(jìn)行熱軋，熱軋至設(shè)計尺寸，熱軋溫度為350℃。熱軋完成后，冷卻至室溫，再冷軋矯直到最后尺寸，即得B4C/Al復(fù)合材料板材。（5）本實(shí)施例所制備的復(fù)合材料致密度大于99.5%，強(qiáng)度約為246MPa。實(shí)施例2（1）按如下質(zhì)量比B4C：鋁合金=5:95稱取B4C和鋁合金。將稱取的B4C和鋁合金放入鋁球磨罐中研磨，磨球采用鎢球。研磨后，研磨得到的漿料經(jīng)沉淀、干燥后，得到混合粉末。（2）將步驟1制備的混合粉末置于模具中，模壓成芯坯，壓力為120MPa。（3）采用鋁作為包套材料，在包套中裝入步驟2制備的芯坯；再采用氬弧焊對包套進(jìn)行焊接封裝、檢漏，焊接封裝后進(jìn)行加熱除氣處理，溫度為500℃，時間為3h。（4）將步驟3采用包套焊接封裝并進(jìn)行加熱除氣處理的芯坯進(jìn)行熱軋，熱軋至設(shè)計尺寸，熱軋溫度為450℃。熱軋完成后，冷卻至室溫，再冷軋矯直到最后尺寸，即得B4C/Al復(fù)合材料板材。（5）本實(shí)施例制備的復(fù)合材料致密度大于98.5%，強(qiáng)度約為295MPa。實(shí)施例3（1）按如下質(zhì)量比B4C：鋁合金=50:50稱取B4C和鋁合金。將稱取的B4C和鋁合金放入鋁球磨罐中研磨，磨球采用鎢球。研磨后，研磨得到的漿料經(jīng)沉淀、干燥后，得到混合粉末。（2）將步驟1制備的混合粉末置于模具中，模壓成芯坯，壓力為200MPa。（3）采用鋁合金作為包套材料，在包套中裝入步驟2制備的芯坯；再采用氬弧焊對包套進(jìn)行焊接封裝、檢漏，焊接封裝后進(jìn)行加熱除氣處理，溫度為600℃，時間為2.5h。（4）將步驟3采用包套焊接封裝并進(jìn)行加熱除氣處理的芯坯進(jìn)行熱軋，熱軋至設(shè)計尺寸，熱軋溫度為650℃。熱軋完成后，冷卻至室溫，再冷軋矯直到最后尺寸，即得B4C/Al復(fù)合材料板材。（5）本實(shí)施例所制備的復(fù)合材料致密度大于96%，強(qiáng)度約為187MPa。實(shí)施例4（1）按如下質(zhì)量比B4C：鋁合金=10:90稱取B4C和鋁合金。將稱取的B4C和鋁合金放入鋁球磨罐中研磨，磨球采用鎢球。研磨后，研磨得到的漿料經(jīng)沉淀、干燥后，得到混合粉末。（2）將步驟1制備的混合粉末置于模具中，冷等靜壓成芯坯，壓力為270MPa。（3）采用鋁作為包套材料，在包套中裝入步驟2制備的芯坯；再采用氬弧焊對包套進(jìn)行焊接封裝、檢漏，焊接封裝后進(jìn)行加熱除氣處理，溫度為550℃，時間為3h。（4）將步驟3采用包套焊接封裝并進(jìn)行加熱除氣處理的芯坯進(jìn)行熱軋，熱軋至設(shè)計尺寸，熱軋溫度為600℃。熱軋完成后，冷卻至室溫，再冷軋矯直到最后尺寸，即得B4C/Al復(fù)合材料板材。（5）制備的復(fù)合材料致密度大于99.5%，強(qiáng)度約為278MPa。實(shí)施例5（1）按如下質(zhì)量比B4C：鋁合金=25:75稱取B4C和鋁合金。將稱取的B4C和鋁合金放入鋁球磨罐中研磨，磨球采用鎢球。研磨后，研磨得到的漿料經(jīng)沉淀、干燥后，得到混合粉末。（2）將步驟1制備的混合粉末置于模具中，冷等靜壓成芯坯，壓力為270MPa。（3）采用鋁作為包套材料，在包套中裝入步驟2制備的芯坯；再采用氬弧焊對包套進(jìn)行焊接封裝、檢漏，焊接封裝后進(jìn)行加熱除氣處理，溫度為550℃，時間為3h。（4）將步驟3采用包套焊接封裝并進(jìn)行加熱除氣處理的芯坯進(jìn)行熱軋，熱軋至設(shè)計尺寸，熱軋溫度為600℃。熱軋完成后，冷卻至室溫，再冷軋矯直到最后尺寸，即得B4C/Al復(fù)合材料板材。（5）制備的復(fù)合材料致密度大于99%，強(qiáng)度約為230MPa。附圖1、2中分別給出了本發(fā)明所制備的B4C/Al復(fù)合材料板材樣品圖、橫截面剖視圖。本發(fā)明并不局限于前述的具體實(shí)施方式。本發(fā)明擴(kuò)展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。