[发明专利]一种屏蔽中子、γ射线的层状复合板的制备方法

权利要求书

1.一种屏蔽中子、γ射线的层状复合板的制备方法，其特征在于：使用的化学物质材料为：铝合金板、铝合金粉、钨粉、氧化铕粉、钛粉、无水乙醇、石墨纸、石墨乳，其组合准备用量如下：以克、毫升、毫米为计量单位

制备方法如下：

(1)制备开合式模具

开合式模具用石墨材料制作，模具型腔表面粗糙度为Ra 0.08-0.16μm，模具型腔尺寸为30mm×40mm×60mm；

(2)配料

称取铝合金粉34.5g±0.01g、钨粉10.5g±0.01g、氧化铕粉3g±0.01g、钛粉2g±0.01g，置于球磨罐中，并密闭；

铝合金粉：钨粉：氧化铕粉：钛粉＝69：21：6：4；

(3)球磨混粉

将球磨罐置于球磨机上，进行球磨混粉，球磨混粉转数为300r/min，球磨混粉时间为60min，球磨后成混合粉；

(4)装料

①将开合式模具置于钢质平板上，将下垫块置于模具内底部，在下垫块上部铺设石墨纸，将第一层铝合金板置于石墨纸上部；

②称取混合粉25g，装入铝合金板上部；

③在混合粉上部铺设第二层铝合金板作为隔离层；

④称取混合粉25g，装入第二层铝合金板上部；

⑤在混合粉上部置放第三层铝合金板，在第三层铝合金板上部铺设石墨纸，在石墨纸上部置放上压块；

(5)真空烧结

层状复合板的烧结是在真空热压烧结炉内进行的，是在真空环境下、等离子放电加热、施压过程中完成的；

①打开真空热压烧结炉，将装料的石墨模具平行垂直移入炉腔内的下部工作台上，由上压头压紧石墨模具，并固定，关闭炉门；

②开启外水循环冷却管，进行外水循环冷却；开启真空泵，抽取炉内空气，使炉内压强达2Pa，并恒定；

③开启压力电机，对模具施压，施加压力为35MPa；

④开启等离子放电加热器，加热温度、时间按三阶段进行；

第一阶段：加热温度为25℃～450℃，加热时间10min；

第二阶段：加热温度为450℃～600℃，加热时间5min；

第三阶段：加热温度为600℃，加热恒温保温时间10min；

⑤真空热压等离子放电烧结后，停止加热，停止施压，随炉冷却至25℃；

⑥打开真空热压烧结炉，取出石墨模具；开模，取出烧结块体，即为屏蔽中子、γ射线的层状复合板坯料；

(6)打磨处理

将屏蔽中子、γ射线的层状复合板坯料置于钢质平板上，用砂纸打磨周边及正反表面，使其清洁；然后用无水乙醇清洗，使其洁净；

(7)轧制层状复合板

屏蔽中子、γ射线的层状复合板的轧制是在热辊轧机上进行的，是在加热、施压过程中完成的；

①将层状复合板加热至480℃，保温10min，在辊轧机上进行第一道次轧制，轧制变形量为20％；

②将经过第一道次轧制的层状复合板加热至480℃，保温10min，在辊轧机上进行第二道次轧制，轧制变形量为15％；

③将经过第二道次轧制的层状复合板加热至480℃，保温10min，进行第三道次轧制，轧制变形量为10％；

(8)打磨、清洗

将轧制的层状复合板置于钢质平板上，用砂纸打磨正反表面及周边，使其清洁；然后用无水乙醇进行清洗，使其洁净；

(9)检测、分析、表征

对制备的屏蔽中子、γ射线的层状复合板的微观形貌进行检测、分析、表征；

用金相显微镜进行微观组织分析；

结论：屏蔽中子、γ射线的层状复合板为银灰色板形，外部为铝合金层，内部为混合粉层，并由铝合金板相隔，层与层之间结合致密性好，各层内的组元分布均匀，具有良好的成型性能和抗腐蚀性能，抗拉强度达240MPa，伸长率达6.3％，抗腐蚀能可提高70％，核防护屏蔽中子性能达96％，对γ射线屏蔽率达92％；

(10)储存

对制备的屏蔽中子、γ射线的层状复合板用软质材料包装，储存于洁净、干燥环境，要防潮、防晒、防酸碱盐侵蚀，储存温度20℃，相对湿度10％。

2.根据权利要求1所述的一种屏蔽中子、γ射线的层状复合板的制备方法，其特征在于：层状复合板的真空热压烧结是在真空热压烧结炉内进行的，是在等离子放电加热、真空、施压、外水循环冷却过程中完成的。真空热压烧结炉(1)为立式，真空热压烧结炉(1)的底部为底座(3)、上部为顶座(2)、底座(3)上部为支架(4)、内部为炉腔(39)；在底座(3)上左部设有真空泵(6)，真空泵(6)上部设有真空管(7)，真空管(7)穿过支架(4)连通炉腔(39)；在底座(3)上右部设有水箱(8)，水箱(8)上部设有水泵(9)，水泵(9)上部连接出水管(10)，出水管(10)上部连接外水循环冷却管(5)，外水循环冷却管(5)环绕连接回水管(11)，回水管(11)连接水箱(8)；在炉腔(39)内底部设有工作台(12)，在工作台(12)上部垂直置放开合式石墨模具(14)，在开合式石墨模具(14)内部置放下垫块(15)，下垫块(15)上部置放第一石墨纸(16)，第一石墨(16)上部置放第一铝合金板(17)，第一铝合金板(17)上部置放第一层混合粉(18)，第一层混合粉(18)上部置放第二铝合金板(19)，第二铝合金板上部置放第二层混合粉(20)，第二层混合粉(20)上部置放第三铝合金板(21)，第三铝合金板(21)上部置放上压块(23)；上压块(23)上部连接上压头(13)，上压头(13)上部连接顶座(2)及上部的压力电机(24)；在真空热压烧结炉(1)的右上部设有出气管阀(37)；在真空热压烧结炉(1)的内壁上设有等离子放电加热器(38)；在真空热压烧结炉(1)的右部设有电控箱(25)，在电控箱(25)上设有显示屏(26)、指示灯(27)、电源开关(28)、真空泵控制器(29)、水泵控制器(30)、压力电机控制器(31)、等离子放电加热控制器(32)；电控箱(25)通过第一导线(33)连接压力电机(24)、通过第二导线(34)连接水泵(9)、通过第三导线(35)连接真空泵(6)、通过第四导线(36)连接等离子放电加热器(38)。