[发明专利]一种屏蔽中子、γ射线的层状复合板的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种屏蔽中子、γ射线的层状复合板的制备方法，属核辐射防护材料的制备及应用的技术领域。

背景技术

钨的密度为19.35g/cm³，具有很高的辐射屏蔽性能，同时钨对γ射线的线性衰减能力使其在屏蔽领域具有很大的优势；与屏蔽材料铅相比，钨屏蔽材料在长期使用中不会对人或环境产生危害，且钨屏蔽材料的效率是铅屏蔽材料的两倍；稀土氧化物，例如氧化钐、氧化铕、氧化钆中的钐、铕、钆元素具有大的中子吸收截面，常被应用于核电站屏蔽材料的中子吸收体，屏蔽吸收中子；但由于钨和稀土氧化物很难制备成板材，常将钨和稀土氧化物添加到铝合金中制备成铝合金基复合材料。

由于铝钨稀土氧化物复合材料的耐腐蚀性能、变形能力及力学性能较差，利用铝合金板作为复合材料的外层以改善耐腐蚀性能，可在复合材料内部以铝合金板作为中间层以增加材料内部协调变形能力，并提高材料整体的力学性能。

采用真空等离子放电烧结技术可烧结层状复合板坯料，该坯料以铝合金板作为外层材料及中间层，铝合金板之间为铝钨稀土氧化物复合材料；坯料经过热轧制后成屏蔽中子、γ射线的层状复合板；真空等离子放电烧结制备坯料时，烧结速度快，材料内部温度高，有利于钨和稀土氧化物与铝合金基体之间的界面结合；坯料经过轧制成板材后材料致密度提高，是一种切实可行的制备屏蔽中子、γ射线层状复合板材的方法，此制备方法还在科学研究中。

发明内容

发明目的

本发明的目的是针对高含量钨和稀土氧化物铝合金基复合材料的应用情况，采用钨和稀土氧化物为γ射线及中子吸收体、铝合金为基体材料，采用真空等离子放电烧结技术烧结成层状矩形坯料，经热轧制，制成辐射屏蔽板材，以提高界面结合性能及屏蔽性能，以适应核防护屏蔽的需要。

技术方案

本发明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