屏蔽结构一体化BPb复合材料组织与力学性能的研究

《屏蔽结构一体化BPb复合材料组织与力学性能的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、第2卷第5期2007年5月中国科技论文在线SCIENCEPAPERONLINE359屏蔽／结构一体化B/Pb复合材料组织与力学性能的研究112段永华，竺培显，孙勇（1昆明理工大学材料与冶金工程学院，昆明650093；2云南省新材料制备与加工重点实验室，昆明650093）摘要：以含硼相和铅为主要组元，进行成分和结构设计，制备出兼有中子和γ射线屏蔽特性和一定力学承载能力的集屏蔽/结构一体化的核屏蔽材料。通过组织形貌分析和力学试验，研究含硼相的弥散细化与调控方法，以及含硼相的比例、形态和分布对材料强度和塑性的影响规律，找出进一步提高材料强度和

2、塑性的方法和技术途径。关键词：复合材料；核屏蔽；弥散细化中图分类号：TB333文献标识码：A文章编号：1673－7180(2007)05－0359－40引言相容性问题，使含硼相与铅之间形成一种扩散型的核能利用显示一个国家的综合实力，是国防力结合界面，从而获得传统工艺无法获得均质材料。量和国民经济水平的重要标志。核反应堆运行时，此外，铅及其合金强度偏低，室温下即能发生回复，[1]堆芯将产生α、β、γ、χ射线及中子(n)、质子(p)、传统强化方法不可能使其达到普碳钢的强度。因此，重氢核(d)、裂变产物(FP)辐射，其中尤以γ射线和中铅作为结

3、构材料应用时，应设计成自撑式的，或者采子的穿透力较强，可对周边物体和人员产生辐照损用其它金属作插入件或支承件，抑或与其它金属合金[7]伤。因此，核辐射屏蔽材料的研制一直被作为重要化。科研课题受到各国重视，国内外相关研发较为活跃。经过探索和努力，终于在硼-铅组元的均质化，近几年来，美、英、德、日本和欧洲原子能共同体金属铅的超强化技术两方面取得重大突破，制备出用于这方面的经费达数亿美元。日本在这方面做的兼有中子和γ射线屏蔽特性且具有一定力学承载能工作最多，每年有数十项技术专利申报，而且仍在力的屏蔽材料，使该材料具有屏蔽功能/结构一体化[2~

4、4]开发新技术。的特点。硼与铅是制备核屏蔽材料的最佳组元。但硼、1实验方法铅两元素的物理和化学性质存在巨大差异，很难将采用原位反应法，利用过渡金属元素与铅、硼[5]硼均匀分布于铅基体中。黄栋生等用BB4C预烧结制的互容性，与铅反应，生成富铅的增强相，使铅的[6]成弥散体陶瓷材料，杨杰等通过在BB4C中添加Si3N强度得到提高。放入一定量的硼，生成含硼金属物以及少量的SiC和TiC，在1820～1900℃，30MPa相，调整该物相的比重及与铅的界面。通过热挤压，的热压条件下反应生成了BB4C基轻质复合材料，但仍最终获得了强度接近普碳钢的B

5、/Pb复合材料。并利没有解决BB4C与其它物质之间的结合界面问题。此用扫描电镜和拉伸实验分析研究其组织形貌和力学外，由于以BB4C为骨架，材料的延伸率和抗拉强度都性能。偏低，不宜制备大尺寸的型材。本文尝试选择一种2实验结果与讨论金属作为硼的载体，它能很好地解决其与铅的界面2.1组织形貌分析基金项目：国家自然科学基金(50664005)作者简介：段永华(1979—)，男，硕士研究生，从事金属材料制备与应用研究E-mail:19508150@sina.com.cn第2卷第5期360屏蔽/结构一体化B/Pb复合材料组织与力学性能的研究2007

6、年5月利用电子显微镜(XL30ESEM)分析了复合材料的组织形貌。在制备过程中，初生相的数量增多，并且晶粒尺寸逐渐增大，最终生长成粗大的树枝晶，如图1(a)所示。随后，析出大量超细、超弥散的针状含硼金属相，如图1(b)所示，成功地替代了BB4C非金属相，为提高材料的力学性能提供了可能。(a)挤压前(a)挤压后图2复合材料挤压前后组织形貌对比的SEM图Fig.2SEMofextrudedcompositemorphologycomparedwithno-extrusion2.2力学性能分析(b)传统铅的再结晶温度低，在室温条件下变形，将图

7、1复合材料组织形貌的SEM图会同时发生动态回复及动态再结晶过程，通过加入强Fig.1SEMofcompositemorphology化剂抑制或延缓再结晶的方法来强化材料强度。在铅中加入强化剂生成大量高密度、超细、超弥散的含硼复合材料通过一次热挤压，合金晶粒细化，粒增强相，使位错滑移局限在2～3μm尺度范围内，因径明显减小，使硼、铅二者分布更加均匀化，如图2。而使铅得到了有效的强化，在较高温度下亦能保持较均匀化与未均匀化的组织很相近，只是在晶粒尺寸高的强度性质。从而使铅基复合材料的强度达到上，未均匀化的晶粒尺寸大于均匀化的晶粒尺寸，228

8、MPa，硬度达到116HB，接近普通低碳钢的强度同时也说明合金具有一定的塑性，可以通过挤压等和硬度指标。这样，解决了铅基材料的强度问题，可传统工艺改善其组织、强度和延伸率，获得分布均用作结构材料，实现了材料