一种中子屏蔽防护材料[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 108877975 A(43)申请公布日 2018.11.23

(21)申请号 201810757924.4(22)申请日 2018.07.11

(71)申请人 湘潭大学

地址 411105 湖南省湘潭市湘潭大学(72)发明人 齐福刚　王冰　刘利新　欧阳晓平　

赵镍　刘应都　曹红帅　李贝贝　(74)专利代理机构 重庆博凯知识产权代理有限

公司 50212

代理人 伍伦辰(51)Int.Cl.

G21F 1/06(2006.01)G21F 1/12(2006.01)B82Y 30/00(2011.01)C04B 35/563(2006.01)C04B 35/622(2006.01)

权利要求书1页 说明书7页 附图1页

(54)发明名称

一种中子屏蔽防护材料

(57)摘要

本发明公开了一种中子屏蔽防护材料，包括由纯粹碳化硼材料得到的基层，其特征在于，基层表面还结合形成有一层热导率高于基层的表面层。本材料的基层由纯粹碳化硼材料得到，能够保证具备良好的中子吸收屏蔽效果，同时基层表面由于结合形成了一层高热导率的表面层，故能够依靠该高热导率的表面层将基层的热量向外传导发散，进而防止基层由于温度过高而导致性能下降。故本材料既具备良好的中子吸收屏蔽效果，又能够具备良好的防高温作用效果，采用热量疏导的方式，提高材料自身散热效果，进而避免由于材料使用温度过高而导致的热老化情况加剧，力学性能下降，强度降低产生裂纹等情况。

CN 108877975 ACN 108877975 A

权　利　要　求　书

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1.一种中子屏蔽防护材料，包括由碳化硼材料得到的基层，其特征在于，基层表面还结合形成有一层热导率高于基层的表面层。

2.如权利要求1所述的中子屏蔽防护材料，其特征在于，所述表面层含有碳化硼材料和碳纳米管材料。

3.如权利要求2所述的中子屏蔽防护材料，其特征在于，所述基层和表面层之间还设置有中间层，所述中间层由石墨烯材料和碳化硼材料得到，所述表面层由石墨烯材料、碳纳米管材料和碳化硼材料得到。

4.如权利要求3所述的中子屏蔽防护材料，其特征在于，所述中间层材料按体积百分比组成如下：1%～10%的石墨烯，90%～99的碳化硼；所述表面层材料按体积百分比组成如下：1%～10%的石墨烯，1%～20%的碳纳米管，70%～98%的碳化硼。

5.如权利要求3所述的中子屏蔽防护材料，其特征在于，采用以下步骤制备，a、铺设基层的碳化硼粉末材料，然后分别铺设中间层和表面层材料，中间层为将碳化硼粉和石墨烯粉通过球磨、电磁搅拌和超声分散均匀制成的混合料，表面层为将碳化硼粉末、石墨烯粉末和碳纳米管粉末通过球磨、电磁搅拌和超声分散均匀，制成的混合料；

b、将铺好层的材料粉末预压呈毛坯并烘干；c、将毛坯在六面顶压机上用超高压低温快速烧结工艺烧结成型。6.如权利要求5所述的中子屏蔽防护材料，其特征在于，每层所用的碳化硼颗粒，粒径范围为D=2～30μm，纯度在95%以上。

7.如权利要求5所述的中子屏蔽防护材料，其特征在于，所述中间层和表面层制备时，各自在酒精溶液中超声分散，在电磁搅拌器上电磁搅拌并烘干，具体超声分散时间为60min～120min，电磁搅拌时间为30min～60min，球磨时间为2h～5h，球磨速率为100～280r/min。

8.如权利要求5所述的中子屏蔽防护材料，其特征在于，铺层厚度为：基层5mm～8mm，中间层厚度为2mm～4mm，表面层2mm～4mm。

9.如权利要求5所述的中子屏蔽防护材料，其特征在于，所述超高压低温快速烧结工艺参数为：烧结压力为3.5～5.5GPa、烧结温度为900～1400℃、烧结时间为5～15min。

10.如权利要求5所述的中子屏蔽防护材料，其特征在于，，碳纳米管可以采用四种不同性质的碳纳米管中的一种或多种：（1）羟基化多壁碳纳米管（OH-MCNTs），层数为10层，管平均长度为L=10~30μm，管径为8nm，纯度在95%以上；（2）非羟基化多壁碳纳米管（MCNTs），层数为10层，管径平均长度为L=15~40μm，管径为8nm，纯度在92%以上；（3）羟基化多壁碳纳米管（MCNTs），层数为40层，管径平均长度为L=15μm，管径为28nm，纯度在90%以上；（4）羟基化单壁碳纳米管（SCNTs），层数为1层，管径平均长度为L=5μm，管径为2nm，纯度在99%以上。

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技术领域

[0001]本发明涉及核辐射材料屏蔽技术领域，尤其涉及一种中子屏蔽防护材料。背景技术

[0002]核发电技术是通过核燃料，如铀-235等，核裂变所产生的能量发来推动摩擦，从而发电的技术。目前由于传统能源的日益枯竭，核电技术作为一种能清洁能源，越来越受到重视。而核电技术中，很重要的一个部分是，需要考虑采用屏蔽防护材料防止辐射污染的问题。

[0003]碳化硼（B4C）是一种各项性能都十分优越的材料，通常为灰黑色微粉，碳化硼中C和B的原子半径很接近，二者的电负性相差很小，形成很强的共价键，共价键比例高达93.94％是一种硬度仅次于金刚石和立方氮化硼的物质。同时，碳化硼密度小仅2.52g/cm3、高温硬度高，还有着优良的慢中子吸收能力。因此，碳化硼在核能以及中子屏蔽材料等领域都有着重要的应用。在目前传统的核工业领域使用较多的中子吸收材料就是碳化硼，在世界上已公布的反应堆中，相当大部分常选用碳化硼作为核反应堆的调节棒、控制棒、屏蔽棒以及中子屏蔽材料，其中屏蔽棒的重要性仅次于燃料元件。[0004]碳化硼屏蔽材料在高温与辐照环境下使用时，随着服役时间的增加材料内部的温度梯度将产生热应力，热导率越低温差越大，产生的热应力也会越大，当热应力大到超过材料的断裂强度时，材料就会因为热应力而产生破坏而不能使用。目前核反应技术中应用的碳化硼屏蔽材料以及其他的屏蔽材料，在考虑怎样解决耐高温问题时，思考的方向都是考虑怎样对材料配方自身进行改进，提高材料自身的耐高温性能。碳化硼材料的中子屏蔽效果优异，一般碳化硼制成的控制棒插入堆内愈深，吸收的中子愈多，使反应速率减慢，以至停止；而把棒从堆内抽出时，吸收中子减少，可使反应堆起动或使反应加快。这种调节一般都通过自动装置进行，但碳化硼屏蔽材料如果掺杂了其它的元素，则会降低其中子屏蔽效果。

[0005]故怎样提供一种以碳化硼材料为主体，中子屏蔽效果优异同时具有良好的防高温作用效果的中子屏蔽材料，成为本领域有待考虑解决的问题。发明内容

[0006]本发明要解决的技术问题在于：怎样提供一种以碳化硼材料为主体，中子屏蔽效果优异同时具有良好的防高温作用效果的中子屏蔽防护材料。[0007]为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案。[0008]一种中子屏蔽防护材料，包括由纯粹碳化硼材料得到的基层，其特征在于，基层表面还结合形成有一层热导率高于基层的表面层。[0009]这样，本材料的基层由纯粹碳化硼材料得到，能够保证具备良好的中子屏蔽效果，同时基层表面由于结合形成了一层高热导率的表面层，故能够依靠该高热导率的表面层将基层的热量向外传导发散，进而防止基层由于温度过高而导致性能下降。故本材料既具备

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良好的中子屏蔽效果，又能够具备良好的防高温作用效果，采用热量疏导的方式，提高材料自身散热效果，进而避免由于材料使用温度过高而导致的热老化情况加剧，力学性能下降，强度降低产生裂纹等情况。[0010]更加具体地说，和现有技术相比，本申请方案是转变了解决问题的整个思考方向。由现有的考虑怎样提高材料自身耐热性能来防止材料受热老化，转变为依靠提高材料表层的散热性能的方式来通过加速材料表层散热来防止材料受热老化，这样就保证了内层材料的纯粹性，材料内层由纯粹的碳化硼得到，即可保证其中子屏蔽效果不会降低，极大地提高了防护和屏蔽效果。[0011]作为优化，所述表面层含有碳化硼材料和碳纳米管材料。这样，碳纳米管自身导热性能极大地优于碳化硼，而且碳纳米管能够形成由内到外直接导通的热传递通道，故只需采用少量的碳纳米管就能够极大地提高表面层的散热效率，同时含有的碳化硼材料不仅仅能够提高表面层和基层之间的结合性能，提高材料整体强度，并提高热量从基层传递到表面层的效率，而且能够保证材料整体均具有良好的中子屏蔽效果。[0012]作为优化，所述基层和表面层之间还设置有中间层，所述中间层由石墨烯材料和碳化硼材料得到，所述表面层由石墨烯材料、碳纳米管材料和碳化硼材料得到。[0013]这样，采用石墨烯和碳化硼材料得到的中间层，可以起到很好的过渡作用。首先石墨烯自身也是属于高导热性材料，能够利于热量的向外传递，同时石墨烯的分散效果优于碳纳米管，在复合材料中团聚现象更少，进而减缩了由于团聚产生的残余应力，同时石墨烯和碳纳米管之间能够产生一定的吸力并结合形成整体的网络状结构，能够极大地提高中间层和表面层之间的结合性能，能够更加利于提高材料的整体性以及更加利于热量的向外传导。故能够起到很好的过渡作用效果。而且表面层也加入了石墨烯材料，这样就更加利于石墨烯和碳纳米管的结合，更加利于提高材料整体的结合性能以及热量的向外传导效果。[0014]作为优化，所述中间层材料按体积百分比组成如下：1%～10%的石墨烯，90%～99的碳化硼；所述表面层材料按体积百分比组成如下：1%～10%的石墨烯，1%～20%的碳纳米管，70%～98%的碳化硼。[0015]这样，各层的材料主体都是碳化硼，能够更好地保证材料的整体性以及中子屏蔽效果。同时，正是由于石墨烯材料和碳纳米管材料的加入，利用了二者的材料特性，使其在材料中形成石墨烯碳纳米管的网络状结构，在基体内部形成连接贯通的导热网络结构进行传热，故不仅仅能够采用了极少量的其它材料就能够极大地提高了材料整体的热导率，而且形成的网络结构还有利于提高材料各层的结合性和材料整体强度，也能够更好地防止基层在高温下产生裂纹。[0016]作为优化，本中子屏蔽防护材料采用以下步骤制备，a、铺设基层的碳化硼粉末材料，然后分别铺设中间层和表面层材料，中间层为将碳化硼粉和石墨烯粉通过球磨、电磁搅拌和超声分散均匀制成的混合料，表面层为将碳化硼粉末、石墨烯粉末和碳纳米管粉末通过球磨、电磁搅拌和超声分散均匀，制成的混合料；

b、将铺好层的材料粉末预压呈毛坯并烘干；c、将毛坯在六面顶压机上用超高压低温快速烧结工艺烧结成型。[0017]这样，采用粉末铺层预压后再在六面顶压机上用超高压低温快速烧结工艺烧结成型，这样不仅仅制造工艺简单便捷，而且能够保证各层之间的结合性能，更有利于热量从基

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层到表面层的传导，得到的材料热传导性能更好，整体性能更佳，整体强度更优。[0018]进一步地，每层所用的碳化硼颗粒，粒径范围为D=2～30μm，纯度在95%以上。[0019]这样，采用粒径分布范围分布很广的纳米颗粒，可以有效的提高烧结后样品的致密度。主要是因为在烧结加压过程前，模具内的陶瓷颗粒是松散堆积的，颗粒的排列并不规则，进而有大量的空隙存在。烧结过程中随着压力的增加，粒径分布不均的颗粒会更容易克服颗粒间阻力而发生位移，使颗粒间重新进行排列，细小的颗粒会填充在大颗粒之间的间隙之中，从而气孔率下降，坯体致密度得到有效提高。[0020]进一步地，所述中间层和表面层制备时，各自在酒精溶液中超声分散，在电磁搅拌器上电磁搅拌并烘干，具体超声分散时间为60min～120min，电磁搅拌时间为30min～60min，球磨时间为2h～5h，球磨速率为100～280r/min。[0021]采用上述参数控制，可以使得碳纳米管或碳纳米管和石墨烯的混合颗粒分散更加均匀，处理时间不宜过长，球磨速率不宜过大等可有效确保混合效果较好的情况下，不破坏碳纳米管和石墨烯身上的结构和性质。[0022]进一步地，铺层厚度为：基层5mm～8mm，中间层厚度为2mm～4mm，表面层2mm～4mm。[0023]各层采用上述厚度控制，可以使得保证基体材料主要是碳化硼，既保证了中子吸收效率，也有效的提高了整体材料的导热率。[0024]进一步地，所述超高压低温快速烧结工艺参数为：烧结压力为3.5～5.5GPa、烧结温度为900～1400℃、烧结时间为5～15min。[0025]需要说明的是，采用该超高压的烧结工艺条件能够使得每层致密度极高，达到97%以上，接近其理论密度。同时低温快速的烧结，避免了一般烧结工艺中高温长时间烧结对碳纳米管结构和性能的破坏，进而极大的发挥了碳纳米管在复合层中的导热效果。[0026]进一步地，碳纳米管可以采用四种不同性质的碳纳米管中的一种或多种：（1）羟基化多壁碳纳米管（OH-MCNTs），层数为10层，管平均长度为L=10~30μm，管径为8nm，纯度在95%以上；（2）非羟基化多壁碳纳米管（MCNTs），层数为10层，管径平均长度为L=15~40μm，管径为8nm，纯度在92%以上；（3）羟基化多壁碳纳米管（MCNTs），层数为40层，管径平均长度为L=15μm，管径为28nm，纯度在90%以上；（4）羟基化单壁碳纳米管（SCNTs），层数为1层，管径平均长度为L=5μm，管径为2nm，纯度在99%以上。[0027]采用上述四种碳纳米管，碳纳米管管壁上附着的活性羟基官能团，与水有某些相似的性质，属于典型的极性基团，可与水形成氢键，在无机化合物水溶液中以带负电荷的离子（OH-1）形式存在，进而提高了碳纳米管在酒精溶剂中的分散能力，碳纳米管在基体上的分散效果和状态直接影响复合材料性能的提高。对于层数不同的多壁碳纳米管，由于碳纳米管层间的旋转滑移作用一定程度上增加了材料的致密度及断裂韧性，但层数较多的碳纳米管比单层碳纳米管更容易形成纠缠状态的网络结构，不利于基体颗粒的重排过程，从而阻碍复合材料的烧结致密化过程。因此我们分别使用了四种典型的不同性质的碳纳米管。[0028]本发明与现有中子屏蔽材料相比具有明显的先进性，是针对现有屏蔽材料在高温与辐照环境下使用时，易发生辐照老化与热老化，简单引入高热导率增强相会明显降低屏蔽材料的中子吸收能力的弊端，采用梯度功能层状结构设计，不影响吸收中子能力的情况下，有效地提高了材料的热导率，进而提高了材料的可靠性，延长了材料使用寿命。

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附图说明

[0029]图1为本发明实施时的层结构示意图。

具体实施方式

[0030]下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。[0031]实施例：

一种中子屏蔽防护材料，包括由纯粹碳化硼材料得到的基层，其特殊在于，基层表面还结合形成有一层热导率高于基层的表面层。[0032]这样，本材料的基层由纯粹碳化硼材料得到，能够保证具备良好的中子屏蔽效果，同时基层表面由于结合形成了一层高热导率的表面层，故能够依靠该高热导率的表面层将基层的热量向外传导发散，进而防止基层由于温度过高而导致性能下降。故本材料既具备良好的中子屏蔽效果，又能够具备良好的防高温作用效果，采用热量疏导的方式，提高材料自身散热效果，进而避免由于材料使用温度过高而导致的热老化情况加剧，力学性能下降，强度降低产生裂纹等情况。[0033]更加具体地说，和现有技术相比，本申请方案是转变了解决问题的整个思考方向。由现有的考虑怎样提高材料自身耐热性能来防止材料受热老化，转变为依靠提高材料表层的散热性能的方式来通过加速材料表层散热来防止材料受热老化，这样就保证了内层材料的纯粹性，材料内层由纯粹的碳化硼得到，即可保证其中子屏蔽效果不会降低，极大地提高了防护和屏蔽效果。[0034]本实施例中，所述表面层含有碳化硼材料和碳纳米管材料。这样，碳纳米管自身导热性能极大地优于碳化硼，而且碳纳米管能够形成由内到外直接导通的热传递通道，故只需采用少量的碳纳米管就能够极大地提高表面层的散热效率，同时含有的碳化硼材料不仅仅能够提高表面层和基层之间的结合性能，提高材料整体强度，并提高热量从基层传递到表面层的效率，而且能够保证材料整体均具有良好的中子屏蔽效果。[0035]本实施例中，所述基层和表面层之间还设置有中间层，所述中间层由石墨烯材料和碳化硼材料得到，所述表面层由石墨烯材料、碳纳米管材料和碳化硼材料得到。[0036]这样，采用石墨烯和碳化硼材料得到的中间层，可以起到很好的过渡作用。首先石墨烯自身也是属于高导热性材料，能够利于热量的向外传递，同时石墨烯的分散效果优于碳纳米管，在复合材料中团聚现象更少，进而减缩了由于团聚产生的残余应力，同时石墨烯和碳纳米管之间能够产生一定的吸力并结合形成整体的网络状结构，能够极大地提高中间层和表面层之间的结合性能，能够更加利于提高材料的整体性以及更加利于热量的向外传导。故能够起到很好的过渡作用效果。而且表面层也加入了石墨烯材料，这样就更加利于石墨烯和碳纳米管的结合，更加利于提高材料整体的结合性能以及热量的向外传导效果。[0037]本实施例中，所述中间层材料按体积百分比组成如下：1%～10%的石墨烯，90%～99的碳化硼；所述表面层材料按体积百分比组成如下：1%～10%的石墨烯，1%～20%的碳纳米管，70%～98%的碳化硼。[0038]这样，各层的材料主体都是碳化硼，能够更好地保证材料的整体性以及中子屏蔽效果。同时，正是由于石墨烯材料和碳纳米管材料的加入，利用了二者的材料特性，使其在

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材料中形成石墨烯碳纳米管的网络状结构，在基体内部形成连接贯通的导热网络结构进行传热，故不仅仅能够采用了极少量的其它材料就能够极大地提高了材料整体的热导率，而且形成的网络结构还有利于提高材料各层的结合性和材料整体强度，也能够更好地防止基层在高温下产生裂纹。[0039]本实施例中，本中子屏蔽防护材料采用以下步骤制备，a、铺设基层的碳化硼粉末材料，然后分别铺设中间层和表面层材料，中间层为将碳化硼粉和石墨烯粉通过球磨、电磁搅拌和超声分散均匀制成的混合料，表面层为将碳化硼粉末、石墨烯粉末和碳纳米管粉末通过球磨、电磁搅拌和超声分散均匀，制成的混合料；

b、将铺好层的材料粉末预压呈毛坯并烘干；c、将毛坯在六面顶压机上用超高压低温快速烧结工艺烧结成型。[0040]这样，采用粉末铺层预压后再在六面顶压机上用超高压低温快速烧结工艺烧结成型，这样不仅仅制造工艺简单便捷，而且能够保证各层之间的结合性能，更有利于热量从基层到表面层的传导，得到的材料热传导性能更好，整体性能更佳，整体强度更优。[0041]本实施例中，每层所用的碳化硼颗粒，粒径范围为D=2～30μm，纯度在95%以上。[0042]这样，采用粒径分布范围分布很广的纳米颗粒，可以有效的提高烧结后样品的致密度。主要是因为在烧结加压过程前，模具内的陶瓷颗粒是松散堆积的，颗粒的排列并不规则，进而有大量的空隙存在。烧结过程中随着压力的增加，粒径分布不均的颗粒会更容易克服颗粒间阻力而发生位移，使颗粒间重新进行排列，细小的颗粒会填充在大颗粒之间的间隙之中，从而气孔率下降，坯体致密度得到有效提高。[0043]本实施例中，所述中间层和表面层制备时，各自在酒精溶液中超声分散，在电磁搅拌器上电磁搅拌并烘干，具体超声分散时间为60min～120min，电磁搅拌时间为30min～60min，球磨时间为2h～5h，球磨速率为100～280r/min。[0044]采用上述参数控制，可以使得碳纳米管或碳纳米管和石墨烯的混合颗粒分散更加均匀，处理时间不宜过长，球磨速率不宜过大等可有效确保混合效果较好的情况下，不破坏碳纳米管和石墨烯身上的结构和性质。[0045]本实施例中，铺层厚度为：基层5mm～8mm，中间层厚度为2mm～4mm，表面层2mm～4mm。

[0046]各层采用上述厚度控制，可以使得保证基体材料主要是碳化硼，既保证了中子吸收效率，也有效的提高了整体材料的导热率。[0047]本实施例中，所述超高压低温快速烧结工艺参数为：烧结压力为3.5～5.5GPa、烧结温度为900～1400℃、烧结时间为5～15min。[0048]需要说明的是，采用该超高压的烧结工艺条件能够使得每层致密度极高，达到97%以上，接近其理论密度。同时低温快速的烧结，避免了一般烧结工艺中高温长时间烧结对碳纳米管结构和性能的破坏，进而极大的发挥了碳纳米管在复合层中的导热效果。[0049]具体实施时，碳纳米管可以采用四种不同性质的碳纳米管中的一种或多种：（1）羟基化多壁碳纳米管（OH-MCNTs），层数为10层，管平均长度为L=10~30μm，管径为8nm，纯度在95%以上；（2）非羟基化多壁碳纳米管（MCNTs），层数为10层，管径平均长度为L=15~40μm，管径为8nm，纯度在92%以上；（3）羟基化多壁碳纳米管（MCNTs），层数为40层，管径平均长度为L=15μm，管径为28nm，纯度在90%以上；（4）羟基化单壁碳纳米管（SCNTs），层数为1层，管径平

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均长度为L=5μm，管径为2nm，纯度在99%以上。[0050]采用上述四种碳纳米管，碳纳米管管壁上附着的活性羟基官能团，与水有某些相似的性质，属于典型的极性基团，可与水形成氢键，在无机化合物水溶液中以带负电荷的离子（OH-1）形式存在，进而提高了碳纳米管在酒精溶剂中的分散能力，碳纳米管在基体上的分散效果和状态直接影响复合材料性能的提高。对于层数不同的多壁碳纳米管，由于碳纳米管层间的旋转滑移作用一定程度上增加了材料的致密度及断裂韧性，但层数较多的碳纳米管比单层碳纳米管更容易形成纠缠状态的网络结构，不利于基体颗粒的重排过程，从而阻碍复合材料的烧结致密化过程。因此我们分别使用了四种典型的不同性质的碳纳米管。[0051]上述实施例，得到的材料层状结构如图1所示，图1中1为基层，2为中间层，3为表面层。

[0052]下面采用具体实验例验证本发明材料的性能。[0053]实验例一：在满足上述实施例的要求前提下，分别将碳化硼粉3.9mg，石墨烯粉10.05mg以及碳化硼355.1mg，石墨烯10.05mg，碳纳米管8.5mg加入酒精溶液中超声分散均匀60分钟，电磁搅拌器上搅拌30分钟，球磨2h，转速为150r/min。其中碳纳米管，选用第二种非羟基化多壁碳纳米管，其管壁更加完整不含大量官能团，特别是含氢的官能团。将混合均匀的溶液在电磁搅拌器上搅拌烘干。再磨具基层铺纯碳化硼粉末，中间层铺碳化硼和石墨烯的混合粉末，表面层铺碳化硼、石墨烯和碳纳米管的混合粉末。预压成毛坯并烘干，在六面顶压机上烧结，烧结压力为4GPa，烧结温度为800°，烧结时间为15min。最终得到功能梯度层状结构的碳化硼复合陶瓷。[0054]经验证，本实验例一获得的陶瓷材料致密度为98%；其热导率为λ=243.5 W/(m.K),测量值均为在工作温度为100℃下测量，样品的孔隙度ρ=0。[0055]实验例二：在满足上述实施例的要求前提下，分别将碳化硼粉365.4mg，石墨烯粉15.22mg以及碳化硼365.4mg，石墨烯10.45mg，碳纳米管15.5mg加入酒精溶液中超声分散均匀90分钟，电磁搅拌器上搅拌30分钟，球磨3h，转速为200r/min。其中碳纳米管，选用第一种羟基化多壁碳纳米管，其管壁附着大量羟基官能团。将混合均匀的溶液在电磁搅拌器上搅拌烘干。再磨具基层铺纯碳化硼粉末，中间层铺碳化硼和石墨烯的混合粉末，表面层铺碳化硼、石墨烯和碳纳米管的混合粉末。预压成毛坯并烘干，在六面顶压机上烧结，烧结压力为4.5GPa，烧结温度为1300°，烧结时间为10min。最终得到功能梯度层状结构的碳化硼复合陶瓷。

[0056]经验证，本实验例二获得的陶瓷材料致密度为98%；其热导率为λ=601.3 W/(m.K),测量值均为在工作温度为100℃下测量，样品的孔隙度ρ=0。[0057]实验例三：在满足上述实施例的要求前提下，分别将碳化硼粉325.1mg，石墨烯粉24.81mg以及碳化硼325.1mg，石墨烯18.55mg，碳纳米管19.63mg加入酒精溶液中超声分散均匀60分钟，电磁搅拌器上搅拌120分钟，球磨5h，转速为280r/min。碳纳米管选择第四种羟基化单壁碳纳米管，其管壁只有一层。将混合均匀的溶液在电磁搅拌器上搅拌烘干。再磨具基层铺纯碳化硼粉末，中间层铺碳化硼和石墨烯的混合粉末，表面层铺碳化硼、石墨烯和碳纳米管的混合粉末。预压成毛坯并烘干，在六面顶压机上烧结，烧结压力为5.5GPa，烧结温度为1400°，烧结时间为15min。最终得到功能梯度层状结构的碳化硼复合陶瓷。[0058]经验证，本实验例三获得的陶瓷材料致密度为97%；其热导率为λ=151.4 W/(m.K),

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测量值均为在工作温度为100℃下测量，样品的孔隙度ρ=0。[0059]在上述具体实施方式，和实验例的基础上，具体实施时还可以做以下进一步优化，即在铺设好各层材料之后增加一个磁场振荡的步骤，使得材料中的碳纳米管在磁场作用下依靠振动转变为长度方向正对基层布置，这样可以进一步提高得到材料从基层得到表面层的热传导效率。

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说　明　书　附　图

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图1

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