[发明专利]屏蔽中子和γ射线的核反应堆用铝基复合材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于复合屏蔽材料技术领域，特别涉及一种屏蔽中子和γ射线的核反应堆用铝基复合材料及制备方法。

背景技术

随着核技术的推广应用，核辐射屏蔽问题的研究也受到广泛重视。反应堆产生的辐射中，危害最大的是穿透力大的中子和γ射线。核屏蔽设计的主要任务就是屏蔽中子和γ射线。中子虽然不带电荷，但具有很强的穿透力，它在空气和其它物质中，可以传播更远的距离，对人体产生的危害比相同剂量的x射线更为严重。常用的屏蔽材料由含有重元素(如铅)、轻元素(如水中的氢)以及中子吸收剂(入硼)等材料组成。加有重晶石或铁矿石的混凝土也是常用的屏蔽材料。但目前常用的核反应堆屏蔽材料在某些性能，如力学性能、耐热性能和可加工性能等方面均存在着一些缺陷，导致材料的综合性能较差。

本发明采用等静压成型方法制备出对热中子具有良好的吸收作用，对γ射线具有较好的衰减作用，且力学性能、耐热性能和可加工性良好的复合材料，对核反应堆屏蔽材料的丰富拓展具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的就是提供一种对热中子具有良好的吸收作用，对γ射线具有较好的衰减作用，并同时兼顾良好的力学性能、耐热性能和加工性能的核反应堆用铝基复合材料。

针对现有技术不足，本发明提供了一种屏蔽中子和γ射线的核反应堆用铝基复合材料及制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种屏蔽中子和γ射线的核反应堆用铝基复合材料，该材料采用纯铝作为基体材料，屏蔽组分为钨和碳化硼；其中钨的质量百分数为20％～70％；碳化硼的质量百分数为1％～10％；余量为铝和杂质。

一种屏蔽中子和γ射线的核反应堆用铝基复合材料的制备方法，采用等静压成型方法，包括如下步骤：

a、按成分配比称取各原料粉末；

b、氩气保护条件下将步骤a所的原料粉末混料；

c、将步骤b所得混合料进行冷等静压成型；

d、将步骤c所得冷等静压坯锭装入铝包套进行包套，所得坯料经过高温脱气后进行热等静压成型；

e、去除铝包套，得到一种屏蔽中子和γ射线的核反应堆用铝基复合材料。

步骤b中，采用双锥混料机进行混料，研磨介质为轴承钢珠，研磨介质质量与原料粉末总质量的百分数为1：1，混料时间为24～48小时。

步骤c中，冷等静压过程中(在室温下进行)采用橡胶包套将液压介质(抗磨液压油)与混合料隔离，冷等静压压强为150MPa～200MPa，保压时间为10min～40min。

步骤d中，所述高温脱气过程中将包套后所得坯料在400℃～450℃温度下进行除气，当包套内真空度达到2×10^-3Pa且真空度保持在此水平保温3小时后将坯料封口。

步骤d中，所述热等静压温度为490℃～570℃(在此温度范围内均能制备出致密度高、力学性能良好的屏蔽中子和γ射线的核反应堆用铝基复合材料)，压强为70MPa～120MPa，传压介质为氩气，保压2～6小时。

本发明的有益效果为：

本发明根据某些核动力反应堆的需要采用等静压成型方法开发出了具有一定机械强度并具有优异的抗核反应堆中子和γ射线辐照的铝基复合材料，10cm厚度的本发明复合材料能使能谱为0.1MeV～2MeV的γ射线透过率降至20％以下，同时复合材料对热中子的吸收效果亦相当明显。

具体实施方式

本发明提供了一种屏蔽中子和γ射线的核反应堆用铝基复合材料及制备方法，下面结合具体实施方式对本发明做进一步说明。

一种屏蔽中子和γ射线的核反应堆用铝基复合材料，其特征在于该材料采用纯铝作为基体材料，屏蔽组分为钨和碳化硼；其中钨的质量百分数为20％～70％；碳化硼的质量百分数为1％～10％；余量为铝和不可避免的杂质。

所述屏蔽中子和γ射线的核反应堆用铝基复合材料的制备过程包括如下步骤：

a、按所述屏蔽中子和γ射线的核反应堆用铝基复合材料的成分配比称取纯铝粉、钨粉和碳化硼粉；

b、采用双锥高效混料机进行混料，混料过程中冲入氩气保护，研磨介质为轴承钢珠，研磨介质质量与原料粉末总质量的百分数为1：1，混料时间为24～48小时；

c、采用冷等静压方法压制等静压坯锭，冷等静压过程中采用橡胶包套将液压介质(抗磨液压油)与步骤b所得混合料隔离，冷等静压压强为150MPa～200MPa，保压时间为10min～40min；

d、将步骤c所得冷等静压坯锭修理成规则形状后采用纯铝薄板制备包套；