[发明专利]一种中子吸收复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种中子吸收复合材料的制备方法，属中子吸收、屏蔽材料制备及应用的技术领域。

背景技术

核电是最具发展前景的清洁能源，核电站是核电的工厂，使用的材料是核放射性物质，具有极强的放射性，对环境、人类、动物具有极大的危害性。

如何进行核防护，防止核污染，是一个复杂的研究课题，在核电站中使用着多种核燃料棒、乏燃料棒，而且数量多，如何储存和运输这些核燃料棒、乏燃料棒成了一大难题，在存储、运输过程中还会向外发射中子，甚至会出现核燃料棒、乏燃料棒内部产生反应，引起熔化。

如何防止核燃料棒、乏燃料棒向外发射中子是一个技术难题，必须使用中子吸收材料、制成中子吸收板，进行防护；目前的中子吸收材料大都强度低、硬度低、防腐蚀性能差，很难达到防护的目的。

发明内容

发明目的

本发明的目的是针对背景技术的不足，采用碳化硼、钛粉、二硼化钛粉、钐粉、钛镍丝为原料，经真空热压烧结，制成中子吸收复合材料，以提高核防护材料的力学性能和核防护性能。

技术方案

本发明使用的化学物质材料为：钛、碳化硼、二硼化钛、钐、钛镍丝、无水乙醇、碳纤维布，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)精选化学物质材料

对制备使用的化学物质材料要进行精选，并进行质量纯度控制：

(2)配料

称取钛粉11.22g±0.001g、碳化硼粉2.23g±0.001g、二硼化钛粉0.633g±0.001g、钐粉0.264g±0.001g，置于石英容器中，搅拌5min，成混合细粉；

(3)球磨、过筛

将混合细粉置于球磨机内，进行球磨，球磨转速400r/min，球磨时间40min；球磨后用400目筛网过筛；球磨、过筛重复进行3次，成混合细粉；

(4)制备开合式模具

开合式模具用不锈钢材料制作，模具型腔呈矩形，型腔表面粗糙度Ra0.08-0.16μm；

(5)装模

将开合式模具垂直置于钢质平板上；将下垫板置于模具型腔底部，将下碳纤维布平整铺在下垫板上部；

将球磨、过筛的混合细粉均匀地铺在下碳纤维布上部；

将3根钛镍丝均匀地铺在混合细粉上部；

在钛镍丝上部覆盖上碳纤维布；

在上碳纤维布上部用上压块压牢；

(6)真空热压烧结

中子吸收复合材料的真空热压烧结是在真空热压烧结炉内进行的，是真空状态、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，将装模的开合式模具平行置于真空热压烧结炉内的工作台上，密闭；

②开启真空泵，抽取炉内空气，使炉内压强恒定在3pa；

③开启等离子放电加热器，加热温度900℃±2℃，并恒定；

④开启真空热压烧结炉上部的压力电机，对开合式模具内的混合细粉施压，施压压强40MPa；

⑤加热、施压时间20min；开合式模具内的混合细粉与钛镍丝在加热、施压过程中有机结合成中子吸收复合材料；

⑥停止加热，在施压状态下冷却至25℃；

⑦开炉、开模，打开真空热压烧结炉，取出开合式模具；打开开合架，取出中子吸收复合材料块体；

(7)中温回火，将中子吸收复合材料置于热处理炉中，进行中温回火，回火温度300℃，回火时间20min，回火后冷却至25℃；

(8)清理、打磨、清洗

将中子吸收复合材料块体置于钢质平板上，清理中子吸收复合材料块体周边及正反表面，并用400目砂纸打磨；然后用无水乙醇进行清洗；清洗后晾干；

(9)检测、分析、表征

对制备的中子吸收复合材料块体的形貌、金相组织、力学性能、中子吸收核防护性能进行检测、分析、表征；

用扫描电子显微镜进行形貌分析；

用X射线衍射仪进行物相分析；

用能谱仪进行线扫描分析；

结论：中子吸收复合材料块体呈矩形，金相组织致密性好，钛镍丝盘旋在金相体内，增强了抗拉强度，硬度达400HV，中子吸收率达95％，核防护性能比现有材料提高97％；

(10)包装储存

制备的中子吸收复合材料块体用软质材料包装、储存在洁净环境，要防晒、防潮、防酸碱盐腐蚀，储存温度20℃，相对湿度≤10％。