碳化硼铝基复合材料
无压渗透法制备铝基复合材料的研究现状 李杨20090560 材料科学与工程学院090901 前言 无压渗透法是美国Lanxide公司M．K．Aghaianian等人于1989年在直接金属氧化法(DIMOX)工艺基础上发展而来的又一种制备复合材料的新方法，该法使用特殊的渗透气氛(如氮、氩和氢混合气等)，使得铝液能自动渗入填料预制体中而形成兼有基体和增强体综合优良性能的复合材料。 无压渗透法因其具有工艺简单、成本低廉、产品性能优良、增强体的体积可控等优点，在短短的数年内得到了飞速的发展，不仅是产品系列得到了扩展，制备技术也从单体材料的生长拓展为基体与预制体的复合技术，即铝合金熔液渗入到各种相容的金属及非金属颗粒、晶须和纤维等预制件中(尤其是SiC、A12O3)制备出多成分的复合材料。从研究现状来看，目前利用无压渗透法所研究的复合材料主要集中在下列几种：SiCp／Al复合材料、B4C／A1复合材料和Al2O3/Al 复合材料。本文主要叙述了无压渗透法制备铝基复合材料的工艺原理、工艺过程及其控制因素以及无压渗透法制备碳化硼铝基复合材料的研究现状。 一、无压渗透法制备铝基复合材料的工艺原理 无压渗透法充分利用了熔融金属铝液与环境气氛之间的反应，消耗有限空间内的氧或特殊气氛，在增强颗粒间或预制件中形成局部真空，自行生成增强相的同时使熔融金属的润湿液面不断向未渗透的区域推进，直至完全渗透。实现无压渗透须具备下列条件。 (1)反应前沿的通道是开放形的，且为毛细管状。微观通道越大，合金熔液向界面的供应越容易，渗透也越容易进行。当合金中含有si元素时有助于扩大渗透所需的微观通道。 (2)要实现无压渗透状态下的自发渗透，必须克服陶瓷颗粒与铝液间的不润湿性，并在毛细管中(或通道内)形成局部的真空，造成吸渗的现象。Mg元素是保证基体与增强体间的润湿与渗透过程顺利进行的必要因素。实验证明，Mg是一种活性元素，将其加入铝液中，会形成界面处的局部聚集，其高的蒸气压会破坏层，改变界面处的氧化状态，故而一方面可以降低熔融铝合金的表面张力，另一方面可以降低固液表面能，使得润湿角减小，自发渗透得以进行。另外，添加一定量的Si对改变陶瓷颗粒与铝液的润湿性也起着一定作用，较高温度下，两者的润湿角0随Si含量增加会逐渐减小，从非浸润向浸润的温度也随之降低。 (3)在渗透过程中，通道内的气体必须充分消耗或推出，才能形成满渗状态。 二、无压渗透法工艺过程
神奇粉末石墨烯，“以铝代钢”成现实！ 1.我国在世界领先的石墨烯合金 石墨烯具有独特的二维结构、高强度、高导电性能和高导热性能等超强的力学和功能特性，被认为是最理想的复合材料增强相，坊间有戏言，称其“除了不能吃，石墨烯可以用于一切领域，一切产品中，有专家甚至认为，未来10～20年石墨烯将引发一场技术革命。 通常金属基复合材料都是以包括颗粒、晶须、纤维等形态的陶瓷相作为增强体，在金属基体中引入均匀分散的纳米级增强体粒子，所得到的金属基复合材料往往可以具有更理想的力学性能及导电、导热、耐磨、耐蚀、耐高温和抗氧化性能。 由我国自主研发的铝基石墨烯复合材料——烯铝合金架空导线，相对于传统材料导电率不降或微降的前提下，大幅度提升材料抗拉强度，克服了抗拉强度与
导电率的矛盾关系，使得中国在石墨烯应用于金属领域的发展道路上迈出了关键一步。 目前，中天科技已在工业化连铸连轧生产线上成功试生产。新疆众合与深圳前海烯汇材料科技合伙企业及河南省远洋粉体科技股份有限公司共同成立新疆石墨烯新材料科技有限公司研究开发“石墨烯铝合金导线杆材”，推广石墨烯铝合金导线杆材。 铝基石墨烯复合材料不仅可以开发铝及铝合金架空导线产品，还可以开发多种金属制品领域，引领中国高端的石墨烯复合材料技术发展，带来良好的经济和社会效益。 2.神奇石墨烯助力铝合金
众所周知，铝合金具有低密度、高强度和良好延展性，但是铝合金作为结构材料，受到导电性和抗拉强度的制约，电缆行业“以铝代铜”的进展并不乐观。因此，如何提高铝合金强度一直是研究者的主攻方向。在铝合金中填加石墨、碳化硅、碳化硼和碳纳米管制备铝基复合材料来提高合金强度成为学者们研究方向。而石墨烯具备优异的力学性能、热学性能和电学性能，是制备金属基纳米复合材料最为理想的增强体之一。然而，如何将石墨烯纳米片均匀分散到金属基体中，同时使石墨烯和金属间形成良好的接触界面且不破坏石墨烯的微观结构成为研 究中的重点难题。铝基石墨烯复合材料解决了石墨烯与基体金属的润湿性、石墨烯与基体金属的界面结合强度、石墨烯与金属基体的界面明确、石墨烯在金属基体中的形貌和分散均匀性可控等技术难题。铝基石墨烯复合材料杆材抗拉强度提升范围25%～50%，达到国内外先进水平。铝基石墨烯复合材料杆材，带来更高 的产能、更低的成本，对该复合材料未来的产业化推广进程具有重要意义。 目前，行业内已掀起石墨烯淘金热，日、韩、德、英等国家也都把石墨烯材料及产品定为未来革新产业之一，投入巨资推动石墨烯研发和商业化应用研究。铝基石墨烯复合材料，在石墨烯的助力下，铝材用量可以进一步减少，实现更大程度的轻量化，其经济和社会效益十分显著，“以铝代钢”成为现实。铝基石墨烯复合材料产品的工业化生产及应用，推动了我国石墨烯复合材料的发展，点亮了石墨烯大规模产业化前行之路。
碳化硼－铝复合材料的研究进展 刘明朗１，韩增尧２郎静３马南钢１吴骁行１ １华中科技大学材料成型与模具技术国家实验室，武汉４３００７４２中国空间技术研究院，北京１０００９４； ３华中科技大学能源与动力工程学院，武汉４３００７４ 碳化硼陶瓷具有高硬度、高熔点、低密度的特点，将其与金属铝复合能克服自身缺陷，使其得到更广泛 的应用。碳化硼－铝复合材料按照基体的不同可分为铝基和碳化硼基两大类，分别综述了其制备工艺、界面反应以及 润湿性，并展望了其发展方向，最后指出，随着研究的深入该复合材料将在大面积防护领域得到广泛应用。 铝基；碳化硼基；制备；界面反应；润湿性 Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ Ｂｏｒｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅ－Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ＬＩＵ Ｍｉｎｇｌａｎｇ ＨＡＮ ＺｅｎｇｙａｏＬＡＮＧ ＪｉｎｇＭＡ ＮａｎｇａｎｇＷＵ Ｘｉａｏｘｉｎｇ 国家科技项目（ＸＸＸＸ－４０１）；中国空间研究院创新基金 刘明朗：男，１９８８年生，硕士研究生Ｅ－ｍａｉｌ：ｍｌ＿ ｌｉｕ１９８８＠ １６３． ｃｏｍ 马南钢：通讯作者，男，１９６２年生，博士，教授Ｔｅｌ：０２７－８７５５７９４９ Ｅ－ｍａｉｌ： ｎｇｍａ＠ｍａｉｌ． ｈｕｓｔ． ｅｄｕ． ｃｎ
ｂ（、／Ａｌ复合
＠＠１． Ｔｏｐｃｕ Ｉ，ｅｔ ａｌ． Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｂ４Ｃ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ａｌ ｍａｔｒｉｘ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ［Ｊ］． Ｊ Ａｌｌｏｙｓ Ｃｏｍｐｄ，２００９， ４８２：５１６ ＠＠２． Ｌｉｕ Ｃ Ｈ，Ｓｕｎ Ｊ Ｌ． Ｅｒｏｓｉｏｎ ｂｃｈａｖｉｏｕｒ ｏｆ Ｂ４Ｃ －ｂａｓｅｄ ｃｅｒａｍｉｃ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ［Ｊ］． Ｃｅｒａｍ Ｉｎｔ， ２０１０，３６ ： １２９７
行业标准《铝基碳化硼中子吸收材料》 编制说明（征求意见稿） 一、工作简况 1.1 任务来源 根据工信部《工业和信息化部办公厅关于印发2018年第二批行业标准制修订和外文版项目计划的通知》（工信厅科[2018]31号）的文件精神，由安泰核原新材料科技有限公司负责制定《铝基碳化硼中子吸收材料》有色行业标准，计划号为2018-0583T-YS，计划完成年限2020年。 1.2 本标准所涉及的产品简况 铝基碳化硼中子吸收材料是铝合金为基体，碳化硼含量为10~40%，碳化硼弥散在铝或者铝合金基体中形成的复合材料，主要作为一种燃料贮存格架用中子吸收材料应用于核电站乏燃料的贮存、运输领域。新燃料和乏燃料具有放射性，在贮存和运输过程中会发射出害中子射线，碳化硼中硼元素大的中子吸收截面，是吸收热中子能力很强的元素之一；碳化硼是硼含量最高的陶瓷，可以达到78%以上；而铝合金具有重量轻、比强度高、导热性好、良好的抗腐蚀能力等优点。铝基碳化硼具备了铝合金和碳化硼各自的特性，力学性能优良，良好的热导率，有很好的设计应用性能，在干、湿环境下均具有优秀的俘获中子能力，被认为是最具前景的乏燃料贮存用中子吸收材料，铝基体碳化硼作为中子吸收构件已经在核工业得到广泛应用。 1.3 承担单位情况 安泰核原由安泰科技与台海集团全资子公司台海玛努尔核原（上海）能源设备有限公司共同出资组建，拥有台海集团在海内外的核电领域优势及安泰科技在材料研发领域的先进研发经验。公司拥有博士、硕士数名，先后开展了铝基碳化硼中子吸收材料、工业电炉用新型合金材料、硼钢中子吸收材料的研发，拥有丰富的研发经验。公司拥有系列热等静压机、大型烧结退火炉、大型混料机、轧制生产设备、机加工生产车间，并配套清洗及表面处理设备，具备包括扫描电镜、能谱、激光热导仪、粉末测试仪、高温拉伸机、三座标测量仪、超声波探伤仪等先进分析检测设备的分析检测能力。2015年1月，安泰核原与上海核工程研究设计院联合开展中子吸收板的研制，提出并制定了燃料贮存格架中子吸收板研制与可靠性评价技术条件，形成并建立了完整的铝基碳化硼复合材料中子吸收板的性能评价体系，开发并掌握了中子吸收板制造、检验和试验的全套技术。生产、检测工艺和装