[发明专利]一种辐射屏蔽与抗爆一体化轻型复合材料

说明书

本发明公开了一种辐射屏蔽与抗爆一体化轻型复合材料，由高强防爆抗弹面板(材料采用钛合金)、高强防弹侵彻陶瓷层(材料采用高硬碳化硼陶瓷材料)、缓冲吸能复合层(由第一超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE)层、闭孔泡沫缓冲层、第二超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE)层组成)和高强防爆抗弹背板(材料采用钛合金)层叠复合而成。复合材料通过轻量化、抗冲击、屏蔽一体化材料设计，并通过对材料的吸能结构设计，使复合材料同时具备质轻、抗爆防弹与辐射屏蔽的特点，同时在不增加重量的基础上，通过调节所选材料¹⁰B丰度，适配多种屏蔽应用需求。

技术领域

本发明涉及抗爆防护技术领域，具体涉及一种辐射屏蔽与抗爆一体化轻型复合材料。本发明实现了防护材料兼具轻量化、防爆抗弹以及核辐射屏蔽功能，并在不增加重量的情况下调控辐射屏蔽能力。

背景技术

随着人们对爆炸危害的深化认识，以及国际国内反恐形势不断严峻，防爆材料的应用得到了国内外广泛关注。

传统的防爆材料采用钢筋混凝土、钢板进行隔爆防护，但其对爆炸冲击的衰减非常有限，而最新的防爆机理则是利用材料自身特性对爆炸冲击波进行吸能耗散。目前用于防爆的防护材料主要有防弹金属、陶瓷基复合材料、纤维复合材料、石墨复合材料、防弹玻璃等，常用的复合结构为夹心复合结构，其吸能缓冲能力较强，被广泛应用于航空航天、汽车制造和船舶等领域，但随着复杂应用场景的不断出现，功能单一的防爆材料已不能适应用户需求，如运输放射性物质用的防爆抗弹材料，原有的防护材料已经无法满足辐射场景下的辐射屏蔽需求。同时，在防爆材料辐射屏蔽与防爆抗弹一体化设计中，需要根据不同运用场景的需求，实现辐射屏蔽能力的调节。

本发明基于轻量化、抗冲击、辐射屏蔽耦合设计方法，从材料设计和结构设计角度对防爆抗弹复合材料进行优化设计，同时结合屏蔽材料的作用机理，实现复合材料在不增加重量的情况下适配多种屏蔽需求。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种辐射屏蔽与抗爆一体化轻型复合材料，既提升防爆材料的辐射屏蔽能力，又确保材料的轻量化要求，同时满足屏蔽能力的调节需求，实现防爆材料多场景辐射屏蔽的适配性。所述复合材料广泛应用于乏燃料运输以及辐射环境下车辆蒙皮，尤其适用于未来移动式反应堆包容体方舱。

为了实现上述目标，本发明采取以下方案：

一种辐射屏蔽与抗爆一体化轻型复合材料，其特征在于：包含高强防爆抗弹面板(1)、高强防弹侵彻陶瓷层(2)、缓冲吸能复合层(3)高强防爆抗弹背板(4)，各层层叠而成。

所述高强防爆抗弹面板(1)采用轻量化钛合金防弹材料。所述高强防弹侵彻陶瓷层(2)采用轻量化高硬碳化硼陶瓷材料，所述碳化硼材料为细晶碳化硼单相陶瓷、层状B₄C-SiC复相陶瓷或纤维增韧碳化硼陶瓷材料，是复合材料中主要抗弹体侵彻材料，另外，碳化硼的¹⁰B丰度根据中子屏蔽需求调节。

所述缓冲吸能复合层(3)由第一超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE)层、闭孔泡沫缓冲层、第二超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE)层组成，三种材料均通过轻量化选材。所述高强防爆抗弹背板(4)采用与(1)相同的轻量化钛合金防弹材料，各层材料采用层压胶粘方式粘合。

进一步的，如上所述的辐射屏蔽与抗爆一体化轻型复合材料，其特征在于：复合材料均通过放射性核素活度和材料屏蔽计算进行抗辐射设计。

在传统抗爆材料的基础上，对复合材料中的易活化元素进行严格控制，其中复合材料中Co元素含量≤0.01wt.％，所述高强防爆抗弹面板(1)与高强防爆抗弹背板(4)的钛合金的Co元素含量≤0.03wt.％。

轻型复合材料防弹侵彻陶瓷层设计为中子吸收材料碳化硼，能够实现复合材料厚度、质量不变的情况下适配多种辐射屏蔽应用需求。碳化硼辐射屏蔽的机理为：