[发明专利]屏蔽高剂量γ射线和热中子的铝基复合材料及制备方法

说明书

本发明公开了属于复合屏蔽材料技术领域的一种屏蔽高剂量γ射线和热中子的铝基复合材料及制备方法。以质量百分比计，所述铝基复合材料包括75％～90％钨元素、0.5％～3％硼元素、余量的铝或铝合金；钨元素原料选自钨、碳化钨、氧化钨、硼化钨中的一种或多种；硼元素原料选自碳化硼和/或硼化钨；具体通过在惰性气体保护下混合原料粉末，然后经冷等静压、热等静压成型处理制得铝基复合材料；本发明提供的铝基复合材料致密度达到99％以上，具备良好的屏蔽性能、力学性能、耐热性能和加工性能，应用于核反应堆中对高剂量γ射线和热中子的屏蔽，特别适用于对核反应堆中高剂量γ射线泄漏区域的屏蔽。

技术领域

本发明属于复合屏蔽材料技术领域，特别涉及一种屏蔽高剂量γ射线和热中子的铝基复合材料及制备方法。

背景技术

随着核技术的推广应用，核辐射屏蔽问题的研究也受到广泛重视。反应堆产生的辐射中，危害最大的是穿透力大的γ射线和中子。

目前广泛应用的核反应堆屏蔽材料包括重晶石或铁矿石的混凝土、硼钢和铅硼聚乙烯等。但上述材料在某些性能，如屏蔽性能、力学性能、耐热性能和可加工性能等方面均存在着一些缺陷，导致材料的综合性能较差。尤其对高剂量的γ射线辐射，上述材料的屏蔽性能还不能较好地满足高性能核反应堆提出的更高要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种屏蔽高剂量γ射线和热中子的铝基复合材料及制备方法，具体技术方案如下：

一种屏蔽高剂量γ射线和热中子的铝基复合材料，以质量百分比计，所述铝基复合材料包括75％～90％钨元素、0.5％～3％硼元素、余量的铝或铝合金；

所述钨元素原料选自钨、碳化钨、氧化钨、硼化钨中的一种或多种；

所述硼元素原料选自碳化硼和/或硼化钨。

所述铝基复合材料还含有碳元素、氧元素和其它不可避免的杂质元素。

所述硼化钨为W₂B₅和/或W₂B。

所述纯铝为工业纯铝和/或高纯铝，所述铝合金为6061Al合金和/或Al-Si合金。

所述铝基复合材料的制备方法为，在惰性气体保护下混合原料粉末，然后经冷等静压、热等静压成型处理制得铝基复合材料。

所述原料粉末采用双锥高效混料机进行混料，研磨介质为轴承钢珠，研磨介质与原料粉末的质量比为0.5:1，混料时间为8～24小时。

将所述冷等静压完成后所得坯锭装入铝包套包封，并留有排气口，经过高温脱气后进行热等静压成型。

所述冷等静压压强为50～150MPa，保压时间为5min～30min。

所述高温脱气具体为将包封后的坯料在400～500℃温度下进行除气，直至铝包套内真空度达到1×10^-2Pa后将铝包套封口。

热等静压温度为500～650℃，压强为70～150MPa，保压2～6小时。

所述铝基复合材料或制备方法制备的铝基复合材料由于材料中钨元素含量高，该材料对高剂量γ射线具有很好的屏蔽效果：6cm厚度的铝基复合材料能使¹³⁷C_sγ射线的透过率降至3％以下；同时由于含有一定量的硼元素，该材料还兼具良好的热中子吸收效果：6cm厚度的铝基复合材料对热中子的吸收率大于99％。

本发明的有益效果为：本发明制备的铝基复合材料致密度达到99％以上，具备优异的屏蔽性能、力学性能、耐热性能和加工性能，可应用于核反应堆中对高剂量γ射线和热中子的屏蔽，特别适用于对核反应堆中高剂量γ射线泄漏区域的屏蔽，能够较好地满足核反应堆对高剂量γ射线辐射屏蔽提出的更高要求，对核反应堆屏蔽材料的丰富拓展具有重要的意义。