[发明专利]用于屏蔽核辐射的Fe-W-B-C合金材料及其制备方法

说明书

用于屏蔽核辐射的Fe‑W‑B‑C合金材料及其制备方法，涉及铁基核辐射屏蔽材料技术领域，所述用于屏蔽核辐射的Fe‑W‑B‑C合金材料的制备方法包括以下步骤：1）混粉与成型：先用球磨机将Fe、W、B、C单质粉末研磨混合均匀，得到混合粉末，以质量计，所述混合粉末中W含量为16%‑18%、B含量为1.5%‑2.5%、C含量为0.35%‑0.45%，余量为Fe；再将所述混合粉末模压成型得到压胚；2）烧结：将得到的压胚在温度为1350℃‑1450℃的条件下烧结，烧结完成后冷却，即可得到所述用于屏蔽核辐射的Fe‑W‑B‑C合金材料。本发明制备得到的Fe‑W‑B‑C合金材料机械性能良好，对于热中子、γ射线具有良好的屏蔽效果，可广泛应用于核电站防护材料、核设备以及电子仪器射线防护领域。

技术领域

本发明涉及铁基核辐射屏蔽材料技术领域，特别涉及一种用于屏蔽核辐射的Fe-W-B-C合金材料及其制备方法。

背景技术

随着科学技术的发展，核工况环境多样化，辐射防护材料的研究制备成为科研领域最为重要的课题之一,传统的辐射屏蔽材料由于屏蔽性能不够完备、屏蔽效率低、制备工艺复杂，力学性能较差等因素已不能满足现在核工况的要求。

传统的屏蔽材料以Pb、W合金较为常见，其具有良好的中子和γ射线屏蔽特性，但是材料脆性较大。一些聚合物基、重金属基屏蔽材料普遍柔韧性较差，而高比重合金(钨合金)、铅玻璃、硼铝合金等材料同样存在脆性大的缺陷(硼铝合金易在晶界处形成富硼的硼化物，増加了材料的脆性，使得硼铝合金韧性降低)。

国内陈飞达、王鹏等研制出纤维增强环氧树脂基、短切碳纤维增强B4C/环氧树脂基、铅硼聚乙烯中子防护纤维等屏蔽材料；国外也研制出了BN/高密度聚乙烯复合材料，具有辐射屏蔽性能，但是这些材料的机械性能不太理想，难以满足形状复杂核设备部件外围防护对于柔软防护材料的需求，作为屏蔽体的实际工程屏蔽件，这些非金属基材料的机械性能也满足不了工程需求。

铁的密度小、力学强度高，但由于铁俘获热中子后会放出大量10MeV以下的二次γ射线，并不是一种好的核辐射屏蔽材料，业内对于铁基核辐射屏蔽材料的研究较少，极少见到有关铁基核辐射屏蔽材料成果的报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种制备用于屏蔽核辐射的Fe-W-B-C合金材料的方法，进一步，本发明还提供通过前述方法制备得到的铁基核辐射屏蔽材料。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种用于屏蔽核辐射的Fe-W-B-C合金材料的制备方法，包括以下步骤：

1)混粉与成型：先用球磨机将Fe、W、B、C单质粉末研磨混合均匀，得到混合粉末，以质量计，所述混合粉末中W含量为16％-18％、B含量为1.5％-2.5％、C含量为0.35％-0.45％，余量为Fe；再将所述混合粉末模压成型得到压胚；

2)烧结：将得到的压胚在温度为1350℃-1450℃的条件下烧结，烧结完成后冷却，即可得到所述用于屏蔽核辐射的Fe-W-B-C合金材料。

优选的，所述混合粉末中W含量为18％、B含量为2.5％、C含量为0.4％，余量为Fe。

其中，所述混合粉末模压成型时的模压压强不低于400MPa。

其中，所述压胚在真空度不低于10^-3Pa的条件下真空烧结。

优选的，所述压胚真空烧结的温度为1450℃，烧结时间为45min-60min。

进一步地，所述压胚真空烧结过程中控制升温速度为10℃/min。

作为本发明的另一方面，一种用于屏蔽核辐射的Fe-W-B-C合金材料，其采用上述制备方法制备得到。