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1、碩士學(xué)位論文鎢硼鋁復(fù)合材料的SPS法制備及性能研究PREPARATIONOFTUNGSTEN-BORON-ALUMINUMBYSPSANDRESEARCHONPROPERTIESOFCOMPOSITE汪雨佳哈爾濱工業(yè)大學(xué)2018年6月國(guó)內(nèi)圖書(shū)分類(lèi)號(hào)：TB333學(xué)校代碼：10213國(guó)際圖書(shū)分類(lèi)號(hào)：621.785密級(jí)：公開(kāi)工學(xué)碩士學(xué)位論文鎢硼鋁復(fù)合材料的SPS法制備及性能研究碩士研究生：汪雨佳導(dǎo)師：孫東立教授申請(qǐng)學(xué)位：工學(xué)碩士學(xué)科：材料學(xué)所在單位：材料科學(xué)與工程學(xué)院答辯日期：2018年6月授予學(xué)位單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)ClassifiedIndex:TB333U.D.C:621
2、.785ThesisfortheMasterDegreeinEngineeringPREPARATIONOFTUNGSTEN-BORON-ALUMINUMBYSPSANDRESEARCHONPROPERTIESOFCOMPOSITECandidate：WangYujiaSupervisor：Prof.SunDongliAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MaterialsScienceAffiliation：SchoolofMaterialsScienceandEngineeringDateofDe
3、fence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文摘要核能是一種結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定、密度能量很高的清潔型能源，發(fā)展核能作為國(guó)家戰(zhàn)略性舉措的同時(shí)，還必須對(duì)核反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的中子和γ射線進(jìn)行有效防護(hù)并使得防護(hù)體具有一定的力學(xué)承載能力，因此對(duì)核屏蔽材料的研究至關(guān)重要。本課題選用低密度，力學(xué)性能和耐熱性良好的鋁合金作為基體，添加可吸收中子的硼元素和可屏蔽γ射線的鎢元素作為功能粒子，采用機(jī)械球磨法將鋁粉、鎢粉和硼粉混合均勻，使用放電等離子燒結(jié)工藝制備出鎢硼鋁復(fù)合材料
4、；通過(guò)粒度分析儀，掃描電鏡等手段研究復(fù)合粉末的形成過(guò)程，確定球磨參數(shù)；借助壓頭位移曲線，致密度和XRD分析材料的燒結(jié)質(zhì)量和物相生成，優(yōu)化燒結(jié)參數(shù)；對(duì)燒結(jié)體分別進(jìn)行退火處理和固溶時(shí)效處理，測(cè)試其拉伸性能和三點(diǎn)彎曲性能，分析斷口和界面狀態(tài)；最終進(jìn)行γ射線屏蔽測(cè)試和中子屏蔽測(cè)試，分析鎢硼鋁復(fù)合材料的屏蔽機(jī)理以及鎢元素粒徑和體積分?jǐn)?shù)對(duì)復(fù)合材料屏蔽性能的影響。研究結(jié)果表明，隨著球磨時(shí)間的延長(zhǎng)，混合粉末粒徑逐漸增長(zhǎng)，鎢粉和硼粉分布更為均勻，鎢顆粒逐步砸入鋁顆粒表面和內(nèi)部，增大了與基體的接觸面積。球磨3h后鋁顆粒團(tuán)聚成大顆粒發(fā)生冷焊，不利于后續(xù)的燒結(jié)，研究發(fā)現(xiàn)添加1%的硬脂酸可以有效抑
5、制粉末團(tuán)聚，因而在球磨3h時(shí)及時(shí)加入硬脂酸，繼續(xù)球磨2h，形成復(fù)合粉末聚合體；使用放電等離子燒結(jié)法對(duì)球磨得到的復(fù)合粉末進(jìn)行燒結(jié)，根據(jù)基體熔點(diǎn)確定燒結(jié)溫度570℃，壓力45MPa，分別保溫10min、20min和30min，相同配比下保溫20min得到的鎢硼鋁復(fù)合材料性能最優(yōu)，致密度為99%，在掃描電鏡下觀察到燒結(jié)體的功能粒子分布均勻，與基體結(jié)合緊密，無(wú)明顯孔洞。采用優(yōu)化后的制備工藝分別制備了10%，20%和30%鎢體積分?jǐn)?shù)的鎢硼鋁復(fù)合材料，隨著鎢體積分?jǐn)?shù)的增加，拉伸強(qiáng)度先增加后降低，而延伸率逐漸減小，Al-10W-3B復(fù)合材料的塑性相對(duì)較好，延伸率為9.5%，Al-20W
6、-3B復(fù)合材料的強(qiáng)度高，拉伸強(qiáng)度350MPa，彎曲強(qiáng)度632MPa，呈韌性斷裂，Al-30W-3B復(fù)合材料中鎢含量過(guò)高，燒結(jié)效果差，呈脆性斷裂。退火和固溶時(shí)效的熱處理工藝分別對(duì)燒結(jié)體的塑性和強(qiáng)度有所改善。對(duì)鎢硼鋁復(fù)合材料進(jìn)行界面觀察，鋁基體和鎢顆粒之間的界面生成了Al12W相，為III型界面。在γ射線屏蔽性能方面，鎢硼鋁復(fù)合材料中鎢體積分?jǐn)?shù)由10%增加到30%時(shí)，線性吸收系數(shù)μ值從0.208cm-1增大到0.322cm-1，半衰減厚度減小了1.175cm，-I-哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文材料對(duì)γ射線吸收能力得到提高；1μm，3~5μm和10μm的不同鎢粒徑下制備得到的
7、鎢硼鋁復(fù)合材料在1.5cm試樣厚度范圍內(nèi)會(huì)使得鎢硼鋁復(fù)合材料的γ射線屏蔽性能有所差異，減小鎢顆粒粒徑對(duì)屏蔽性能有一定程度的改善，試樣厚度大于1.5cm，鎢粒徑因素影響較小。在中子屏蔽性能方面，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明鎢硼鋁復(fù)合材料的中子透射率與試樣厚度服從指數(shù)變化規(guī)律，試樣厚度2.3cm時(shí)，復(fù)合材料對(duì)中子的吸收率均達(dá)到99%，這與利用10B面密度計(jì)算出要達(dá)到99%中子吸收率的試樣厚度為2.6cm相比，誤差僅為0.3cm。關(guān)鍵詞：鎢硼鋁復(fù)合材料；γ射線屏蔽；熱中子屏蔽；放電等離子燒結(jié)；球磨工藝-II-哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文Abstr
