您好 欢迎来到中国超硬材料网  | 免费注册
手机资讯手机资讯
官方微信官方微信
郑州华晶金刚石股份有限公司

宁波材料所在核安全防护用碳化硼结构材料研发方面取得进展

2018-04-12 10:47:47|来源 中国科学院宁波工业技术研究院(筹)
摘要 菱面体结构的碳化硼(B4C)是一种重要的工程材料,其硬度仅次于金刚石和立方氮化硼,具有高硬度(>30GPa)、高模量、耐磨性好、低密度(2.52)、抗氧化性、耐酸碱性强,以及...

      菱面体结构的碳化硼(B4C)是一种重要的工程材料,其硬度仅次于金刚石立方氮化硼,具有高硬度(>30GPa)、高模量、耐磨性好、低密度(2.52)、抗氧化性、耐酸碱性强,以及良好的中子吸收性能等特点。另外,由于硼元素的中子俘获截面高,吸收能谱宽,含有同位素的热中子截面高达4000Barn,且二次发射的射线能量较低,因此碳化硼结构材料可被应用于防辐射、原子反应堆控制及屏蔽等核安全领域。然而,碳化硼材料的断裂韧性低、烧结温度高,对于其构件成型和烧结都具有很高的挑战;在面向核能领域的应用中,针对该类材料的低温烧结力学增韧研究显得十分重要。

       碳化硼的常规烧结往往通过粉末冶金方法获得,即通过球磨将原料充分均匀混合,之后通过脉冲电流烧结设备(如PECS/SPS)原位生成碳化硼与第二相,并形成精细的微观织构。在前期在与安徽工业大学冉松林教授团队的合作中,宁波材料所团队通过采用高能球磨的方式提升反应粉体的表面活化能,进而在低温烧结方面取得了良好的效果(如碳化钛和无定型硼(B)粉末经球磨混合12h后,获得高活性的混合粉体;之后采用SPS设备在1900°C/50MPa条件下原位烧结,获得平均晶粒尺寸小于1微米的B4C(41vol%)-TiB2复合材料。该复合材料的相对密度达到97.9%、三点弯曲强度为891MPa、维氏硬度为28GPa,断裂韧性为4.4)。相关工作已发表于Scripta Materialia,Journal of European Ceramic Society和Ceramics International上(Scripta Materialia 135 (2017) 15-18; Journal of European Ceramic Society 35 (2015)1107-1112 和Ceramics International 40 (2014) 15341-15344)。

       近期,宁波材料所核能材料工程实验室(筹)的研究人员进一步采用高温熔盐的技术,突破传统的陶瓷球磨工艺效率低的难题,成功制备了亚微米级均匀分布的两相复合粉体,合成烧结助剂均匀包裹碳化硼的核壳结构:和。通过后续的脉冲电流烧结设备,在相对低温(1700°C)和45MPa的压力条件下,成功制备了碳化硼复合材料。通过维氏硬度仪、纳米压痕仪和扫描电子显微镜等设备表征了该材料的力学性能和微观结构,发现第二相均匀分布于碳化硼晶界处。这其中,由于晶界处产生热膨胀失配所导致的断裂裂纹在晶界处发生偏转,断裂模式由单一的穿晶断裂转变为穿晶-沿晶混合断裂模式,极大提高了碳化硼复合材料的力学性能。其中,B4C(18wt.%)-Al3BC复合材料的相对密度达100%,并具有优异的力学性能(弹性模量495GPa、维氏硬度37GPa和断裂韧性6.32)。而B4C(29.8vol%)-TiB2复合材料的相对密度达到了98.2%,维氏硬度为32.1GPa,断裂韧性为4.38;并且,该材料除了具有优异的力学性能外,还具有优异的导电导热性能(电导率,热导率33W/mK),完全满足后期的电火花切割加工的要求。相关工作已发表于陶瓷领域的主流期刊Journal of European Ceramic Society(2017,4524-4531)和Journal of American Ceramic Society上(2018, doi.org/10.1111/jace.15541)。

       本项目受到国家自然科学基金重大研发计划“先进核裂变能的燃料增殖与嬗变”(91426304)等基金的资助。

微信图片_20180412104608.jpg

图1 扫面电子显微镜显示(a)原始碳化硼粉体,(b)和(c)烧结助剂均匀包裹碳化硼粉末,(d)-(f)元素面扫描分析

微信图片_20180412104612.jpg

图2 SPS烧结制备的晶界弥散增强的碳化硼复合材料

  ① 凡本网注明"来源:中国超硬材料网"的所有作品,均为河南远发信息技术有限公司合法拥有版权或有权使用的作品,未经本网授权不得转载、摘编或利用其它方式使用上述作品。已经本网授权使用作品的,应在授权范围内使用,并注明"来源:中国超硬材料网"。违反上述声明者,本网将追究其相关法律责任。
② 凡本网注明"来源:XXX(非中国超硬材料网)"的作品,均转载自其它媒体,转载目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。
③ 如因作品内容、版权和其它问题需要同本网联系的,请在30日内进行。
※ 联系电话:0371-67667020

延伸推荐

陕西省副省长陆治原一行莅临美畅新材调研指导

7月18日,陕西省副省长陆治原一行莅临杨凌美畅新材料股份有限公司调研指导,与陆省长一同来访的还有杨凌示范区党工委副书记、管委会常务副主任李九红、管委会副...

日期 2018-07-20   企业新闻

CME机床展与您共话工业机器人未来

自GeorgeDevol于1961发明第一台可编程工业机器人“Unimate”以来,工业机器人产业已经走过了几十年的历史。到了2000年,全球约有74....

日期 2018-07-20   展会资讯

华晶微钻通过河南省质量技术监督局质量监督抽查

2018年6月份,河南省质量技术监督局委托国家磨料磨具质量监督检验中心到华晶微钻针对金刚石超硬材材料行业——金刚石微粉进行随机库存监督抽查。近日华晶微钻...

日期 2018-07-20   企业新闻

中国地质大学(北京)等单位一行莅临华晶公司调研

2018年7月13日,中国地质大学(北京)副校长万力,教授、博士生导师王成彪,科技部中国科学技术交流中心调研处处长陈雄一行等莅临郑州市高新区开展调研,并...

日期 2018-07-20   企业新闻

惠丰钻石通过河南省质量技术监督局质量监督抽查

2018年5月18日,河南省质量技术监督局委托国家磨料磨具质量监督检验中心到惠丰钻石针对金刚石超硬材材料行业——金刚石微粉进行随机库存监督抽查。7月17...

日期 2018-07-20   企业新闻

毛利下降、应收账款增加,金刚线供应商面临多重风险

2017年,太阳能多晶厂商争先恐后切换技术,引爆了金刚线的行情,金刚线在多晶硅切割领域得到全面应用。随着金刚线产品应用领域的拓展及市场的需求扩大,这一年...

日期 2018-07-20   超硬新闻

内强员工素质,外塑企业形象--华晶公司举办商务礼仪培...

人无礼则不生,事无礼则不成,内强员工素质,外塑企业形象,方可使企业更放光芒。2018年7月18日上午,郑州商业技师学院崔依帆副教授受邀对郑州华晶金刚石股...

日期 2018-07-20   企业新闻

打赢蓝天保卫战丨7月14日 两家磨料企业被生态环境部...

自6月11日起,2018-2019年蓝天保卫战重点区域强化督查工作正式开始,200个督查组按照工作方案要求,对京津冀及周边地区进行督查。对于督察发现的环...

日期 2018-07-20   企业新闻

“河南卓越贡献企业家”初选名单出炉,黄河旋风董事长入...

40年风云激荡,40年砥砺奋进。1978年—2018年,40年来,在中原大地这片热土上,从来都不乏奋进者、实干家、弄潮儿。40年来,从万元户到个体经营者...

日期 2018-07-20   企业新闻

加快转型 加强自律 机床协会举办秘书长培训会议

2018年7月19-20日,中国机床工具工业协会(以下简称“机床协会”或“协会”)在沈阳召开了秘书长培训会议,来自27个分会的秘书长、副秘书长及相关工作...

日期 2018-07-20   协会动态
河南联合精密材料股份有限公司