一种原位自生碳化锆颗粒增强的锆基复合材料及制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102443719A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102443719A(43)申请公布日2012.05.09(21)申请号201110412826.5(22)申请日2011.12.13(71)申请人广西大学地址530004广西壮族自治区南宁市大学路100号(72)发明人湛永钟余加李春流(74)专利代理机构广西南宁汇博专利代理有限公司45114代理人邓晓安(51)Int.Cl.C22C16/00(2006.01)C22C1/02(2006.01)C22C1/10(2006.01)权利要求书1页说明书6页附图2页(54)发明名称一种原位自生碳化锆颗粒增强的锆基复合材料及制备方法(57)摘要本发明公开了一种原位自生碳化锆颗粒增强的锆基复合材料及制备方法。所用原料的重量百分比为：作为基体的海绵锆95.00%～99.00%，用于原位生成碳化锆颗粒增强体的石墨粉末0.80%～3.00%，作为合金化元素添加的铝0%～2.50%。按原料组分的重量百分比称取原料，然后将原料充分混合，再利用非自耗电弧炉进行熔炼，冷却得到原位自生锆基复合材料。本发明利用廉价的石墨、铝为原料，生产成本低，有效提高了锆基复合材料的弹性模量和抗压强度，同时可以通过调节石墨的加入量以及合金化元素铝的加入量来控制该材料的弹性模量以及抗压强度。CN1024379ACCNN110244371902443736A权利要求书1/1页1.一种原位自生碳化锆颗粒增强的锆基复合材料，其特征在于：所用的原料各组分的重量百分比为：作为基体的海绵锆95.00%～99.00%，用于原位生成碳化锆颗粒增强体的石墨0.8%～3.00%，作为合金化元素添加的铝0%～2.50%。2.根据权利要求1所述的原位自生碳化锆颗粒增强的锆基复合材料，其特征在于：所用的原料各组分的重量百分比为：作为基体的海绵锆96.00%～99.00%，用于原位生成碳化锆颗粒增强体的石墨0.8%～2.5%，作为合金化元素添加的铝0.10%～2.00%。3.根据权利要求1或2所述的原位自生碳化锆颗粒增强的锆基复合材料，其特征在于：所述海绵锆、石墨以及铝的纯度都在99%以上，其中石墨为粉末状，粉末粒度≥300目。4.一种如权利要求1或2所述原位自生碳化锆颗粒增强的锆基复合材料的制备方法，其特征在于：它的制备步骤如下：（1）原料称取，根据原料各组分的重量百分比分别称取海绵锆、石墨和铝；（2）原料混合，将称量好的原料采用物理混合的方法混合均匀；（3）原料熔炼，将混合均匀的原料放入非自耗真空电弧炉内的坩埚中，然后抽真空，真空度为1.0×10-2～1.0×10-3Pa；再通入惰性气体进行洗气；最后在惰性气体的保护下进行熔炼得到粗合金铸锭，熔炼电流强度为100A~150A，熔炼温度为2700℃~3000℃；（4）粗合金铸锭冷却，在惰性气体保护下，对坩埚底部通水，利用流动的水对粗合金铸锭进行水冷，得到原位自生碳化锆颗粒增强的锆基复合材料。5.根据权利4所述的原位自生碳化锆颗粒增强的锆基复合材料的制备方法，其特征在于：所述的物理混合方法为球磨机混合或压片机混合方法，其中压片机压力≥30GPa。6.根据权利4所述的原位自生碳化锆颗粒增强的锆基复合材料的制备方法，其特征在于：所述抽真空和洗气需要反复进行2~4次。7.根据权利4所述的原位自生碳化锆颗粒增强的锆基复合材料的制备方法，其特征在于：所述的熔炼次数为5次以上，熔炼时间为2~3min/次。8.根据权利4所述的原位自生碳化锆颗粒增强的锆基复合材料的制备方法，其特征在于：所述冷却的时间为300~350秒。9.根据权利4所述的原位自生碳化锆颗粒增强的锆基复合材料的制备方法，其特征在于：所述惰性气体为氩气，压强为一个标准大气压。2CCNN110244371902443736A说明书1/6页一种原位自生碳化锆颗粒增强的锆基复合材料及制备方法技术领域[0001]本发明属于金属基复合材料技术领域，具体涉及锆基复合材料及其制备方法。背景技术[0002]金属基复合材料是由于增强体的加入纤维、颗粒等，诸如异质陶瓷相，使材料强度、模量、耐磨性能等传统的力学性能得到很大程度的提高以适应更加苛刻的服役条件的材料，特别应用于一些耐高温的部件。在复合材料制造过程中，增强材料在基体中生成和生长的方法称作原位自生成法。[0003]锆合金具有优良的耐腐蚀性能是由于Zr是很活泼的金属，在腐蚀条件下合金表面通常很容易与O2结合产生致密的氧化膜(钝化膜)，使氧化不至于深入合金里面，从而达到很好的耐腐蚀效果。通常锆合金被认为是第三代特种耐腐材料被大量的应用于强腐蚀性服役条件的醋酸工业和原子能工业中。在醋酸工业中主要用于管件压力容器等关键的耐腐蚀部件，在原子能工业中主要用于核包覆材料。[