[发明专利]一种复合屏蔽材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料领域，尤其是一种复合屏蔽材料及其制备方法，具体为一种B₄C/Al复合屏蔽材料及其制备方法，其能够用作核反应堆、乏燃料组件贮存及放射性物质贮运等核辐射场所的复合屏蔽材料。

背景技术

随着核能及各种核反应堆的快速发展，对于用于辐射防护的中子屏蔽材料的综合性能要求越来越高，而研制具有中子和γ辐射屏蔽的综合屏蔽材料则一直是核安全领域的重要课题。通常，含氢量较高的石蜡、聚乙烯、聚丙烯等材料是优良的快中子慢化材料；含锂元素的氟化锂、溴化锂、氢氧化锂及含硼元素的氧化硼、硼酸和碳化硼等，是优良的慢中子吸收物质；同时，10cm厚度的钨对中子的屏蔽率可达93%，其对快中子也具有较好的屏蔽作用。对γ辐射屏蔽较好的材料为铅、钨及其他重金属等。这些材料及其复合材料已大量应用于各种核反应堆屏蔽系统，并且发挥着相当重要的作用。

现有的复合屏蔽材料主要包括含铅硼混凝土、含硼不锈钢、铅硼聚乙烯以及B₄C/Al复合材料。含铅硼混凝土是被广泛用于固定式反应堆的屏蔽材料，该类材料具有价格相对便宜、材料成分可调性大、屏蔽性能和结构性能均较好的优点，但其强度相对较低，只能用于固定式反应堆或体积不受限制的地方，其应用范围受到限制。含硼不锈钢具有优良的物理力学性能，如高强度和良好的韧性，对中子和γ射线的屏蔽性能比铁优越，但由于其硼含量偏低，对于中子的吸收效果不理想。铅硼聚乙烯的综合屏蔽效果较好，但由于该材料是以聚合物为基体，因而该材料的使用温度仅为80-100℃，力学性能也较差（一般为10MPa-20MPa），不能满足对耐热性及力学性能有较高要求的中子屏蔽领域的使用要求。

B₄C/Al复合材料兼具铝和碳化硼的优点，其密度低，硬度高，热中子俘获截面高，价格低廉，韧性好，具有良好的机械力学性能和热中子吸收性能。自上世纪80年代以来，其已受到辐射防护科研工作者的广泛重视。将B₄C/Al复合材料用作屏蔽材料时，其B₄C的含量越高，对于热中子的屏蔽效果越大越好，但当B₄C/Al复合材料中B₄C的含量超过一定比例时，该材料的力学性能、可塑性和可加工性很差，将给其制备带来较大的难度，极大的影响材料的广泛应用。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对将B₄C/Al复合材料用作屏蔽材料时，其B₄C的含量越高，对于热中子的屏蔽效果越大越好，而其中的B₄C的含量超过一定比例时，材料的力学性能、可塑性和可加工性很差，给该材料的制备带来较大困难，极大影响其应用的问题，提供一种复合屏蔽材料及其制备方法，具体为一种B₄C/Al复合屏蔽材料及其制备方法。本发明的复合屏蔽材料具有优异的中子/γ辐射屏蔽性能，材料的力学性能和加工性能好，致密化程度高，特别适用于中子/γ射线屏蔽领域。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种复合屏蔽材料，它是由包括如下重量百分比的原料制成的材料：0.01%-5%的B，0.1%-30%的含W物质，3%-50%的B₄C，40%-90%的铝或铝合金，0-8%的其它物质；

所述B中¹⁰B的丰度为19.0%-99.5%；

所述含W物质为W、钨化合物中的一种或多种。

作为优选，所述其它物质为Ti、Si、Mg、Zr、V、Cr、稀土元素、钛化合物、硅化合物、镁化合物、锆化合物、钒化合物、铬化合物、稀土元素化合物中的一种或多种。

作为优选，所述钛化合物为TiB₂或TiO₂；所述硅化合物为SiO₂；所述镁化合物为MgO；所述锆化合物为ZrO₂；所述钒化合物为V₂O₅；所述铬化合物为Cr₂O₃；所述稀土元素化合物Y₂O₃或La₂O₃。

所述钨化合物为WC或W₂O₅或WO₃或W₂B₅。

所述B中¹⁰B的丰度为19.6%-90.0%。