[发明专利]辐射屏蔽组合物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明描述了一种辐射屏蔽组合物及其制备方法，其中所述组合物包含具有多峰粒径分布的含硼粉末。

发明内容

辐射屏蔽材料广泛用于核工业。在该应用中，使用桶(cask)和架子(rack)来处理和存储新的和废弃的核燃料电池。辐射屏蔽材料以平板的形式用于桶中，该平板具有两个主要目的：捕获发射的会引发核链反应的中子，以及消散由核反应产生的热量。

在核工业中，包含金属和陶瓷的金属基复合物(MMC)材料越来越多地被用作用于储存和运输新的和废弃的燃料的辐射屏蔽材料。

在工业中观察到两种用于MMC材料的常见制造路线：液态工艺和粉末冶金(固态工艺)。在液态工艺中，存在各种方法以使含硼材料的颗粒和熔融金属组合物均匀混合。在粉末冶金中，通常将含硼材料颗粒和金属颗粒以粉末态混合，然后进行压制、烧结和/或热成形。

中子吸收材料是核工业的关键部分并且有助于提升公共安全性。其制造、认证和使用受到严格的政府立法监管。将具体设计和材料组成的许可证授予桶制造商。

此外，市场趋势是提高存储燃料反应性，这需要更高的碳化硼浓度以及提高辐射屏蔽板的导电性。然而，提高含硼组分(通常为陶瓷)浓度将导致密度降低，这将降低导电性。因此，必须发现在保持最佳的热导率和密度的同时提高含硼含量的技术。

因此，期望中子吸收制品具有更高的最终密度和/或更高的硼含量，从而在至少一个实施方案中获得更好的性能。也需要改进的工艺和/或降低制造成本。

在一个方面中，提供一种辐射屏蔽组合物，其包含：

(i)含硼粉末，其中所述含硼粉末包括至少双峰粒径分布，以及

(ii)金属，其中所述金属包封陶瓷粉末以形成辐射屏蔽组合物。

在另一方面中，提供一种制备辐射屏蔽组合物的方法，其包括：

(a)提供(i)含硼粉末，其中所述含硼粉末包括至少双峰粒径分布，和(ii)金属粉末；

(b)将金属粉末和含硼粉末混合以制备混合粉末；以及

(c)对混合粉末进行热加工以获得辐射屏蔽组合物。

上述发明内容并不旨在描述每个实施方案。也在下面的描述中阐述了本发明的一个或多个实施方案的细节。其他特征、目的和优点在说明书和权利要求书中是显而易见的。

具体实施方式

本文所用的术语

“一种”，“一个”和“所述”可互换使用，且意思是一个或多个；并且

“和/或”用于表示可能发生一种或两种所述情况，例如A和/或B包括(A和B)以及(A或B)。

此外，本文中用端点来表述的范围包括该范围内所包含的全部数字(例如，1至10包括1.4、1.9、2.33、5.75、9.98等)。

此外，本文中“至少一个”的表述包括一个或多个的所有数字(例如，至少2、至少4、至少6、至少8、至少10、至少25、至少50、至少100等)。

近年来，已经开发出了金属基复合物(MMC)材料，不仅因其强度和低密度，而且还能用于需要高杨氏模量、耐磨性、散热性、耐腐蚀性、低热膨胀和中子吸收能力的其它用途。通常，可以通过增加具有所需功能的陶瓷的量来增加各功能，但是简单地增加陶瓷的量可能导致加工性、挤出能力、轧制能力、延展性和锻造能力大大降低。

因此，虽然已经考虑了预形成陶瓷，用金属熔体浸渍，然后将高浓度陶瓷均匀分散在基质相中的方法，但是其具有这样的缺点：由于熔体的不充分渗透和固化期间的收缩形成而可能发生缺陷。此外，通常存在陶瓷在金属中的聚集和分离。

如果粉末是均匀混合的，则通常提出将粉末冶金工艺作为解决分离问题的方案。美国专利No.7,725,520公开了一种提供均匀组合物的粉末冶金技术，但该工艺和许多工艺一样，需要若干大规模的加工步骤，使其成本高昂。

美国专利No.7,998,401(Okaniwa等人)公开了增加MMC中的陶瓷含量的替代方法，据说该替代方法易于生产。Okaniwa等人公开了对金属片内的铝/陶瓷粉末混合物进行电压烧结，然后对该金属包覆材料进行塑性加工步骤。

在本公开内容中，已经发现通过使用包括多峰粒径分布的含硼粉末，可以实现高密度的粉末，(例如)得到包含包封在金属中的含硼粉末的材料，该材料具有更高的性能效率。

金属粉末