[发明专利]一种氧化钆/钨/铝中子和伽马射线核壳共屏蔽材料的制备方法

说明书

一种氧化钆/钨/铝中子和伽马射线核壳共屏蔽材料的制备方法，属于有色金属材料的制备及其应用技术领域，是针对核电站乏燃料储存格架中子辐射屏蔽的保护要求，采用钨粉、氧化钆粉、铝合金粉为原料，经粉末冶金制坯、轧制，制成致密的氧化钆/钨/铝中子、伽马射线核壳共屏蔽板材，中子吸收板为银白色，中子吸收率达96%，氧化钆分布均匀，颗粒与基体连接紧密，抗拉强度达300MPa，伸长率为4%，此制备方法工艺先进合理，参数准确翔实，是先进的制备氧化钆/钨/铝中子、伽马射线核壳共屏蔽板材的方法。

技术领域

本发明属于有色金属材料的制备及其应用技术领域，具体涉及一种氧化钆/钨/铝中子和伽马射线核壳共屏蔽材料的制备方法。

背景技术

金属钨（W）有优良的γ射线吸收能力，是密度较大的天然金属单质之一。钨及其合金广泛应用于屏蔽材料中，钨合金是一种高比重钨基合金，价格低廉，具有高硬度、高熔点，含钨量不低于90%，同时混合了镍（Ni）和碳（C）等元素，可以增强其硬度和结构的稳定性。因此，钨合金是未来最具潜力的γ射线屏蔽材料之一。

综上所述，将稀土氧化物和钨合金进行组合，设计出一种中子和γ射线共屏蔽材料，不仅可以吸收外部环境当中的中子和γ射线，也可以将稀土元素与中子相互作用所产生的二次γ射线进行有效吸收。钨合金是常用的轻质、高强合金，有较好的耐蚀性和优良的抗辐照性能，常被用于复合材料的基体材料。将稀土氧化物和钨合金添加到钨合金基体当中，制备一种新型的中子和γ射线共屏蔽复合材料，将是未来极具潜力的核屏蔽结构材料。

钆（Gd）元素在适用的范围内是热中子吸收截面最高的元素，氧化钆成本较低，但钆（Gd）元素在吸收热中子的同时会释放出二次γ射线；金属钨（W）是一种优良的吸收γ射线的材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型的中子和γ射线共屏蔽复合材料的制备方法，以钨合金粉、铝合金粉和氧化钆粉为原材料；经除气预处理，制作增强相，球磨混粉、压制、轧制，制成氧化钆/钨/铝中子和伽马射线核壳共屏蔽板材。

本发明采用如下技术方案：

一种氧化钆/钨/铝中子和伽马射线核壳共屏蔽材料的制备方法，包括如下步骤：

第一步，粉末核壳结构的制备

称取氧化钆粉、钨粉，置于球磨机内，进行球磨，球磨时间6h，球磨转数800r/min，得到钨/氧化钆核壳结构混合细粉；

第二步，制作开合式模具

采用不锈钢材料制作开合式模具，所述模具型腔为矩形腔体，尺寸为30mm×30mm×60mm，型腔表面粗糙度为：Ra0.08-0.16um；

第三步，混粉球磨

称取铝合金粉、硅粉、硼酸、钨/氧化钆核壳结构混合细粉，置于石英容器中，搅拌成混合细粉A，将混合细粉A装入球磨机内，进行球磨，球磨转数400r/min，时间为120min，球磨得到混合细粉B；

第四步，装模

将开合式模具垂直置于钢制平板上，在开合式模具型腔底部放置石墨垫块，在石墨垫块上放置第一石墨纸，在第一石墨纸上放置混合细粉B，在混合细粉B上放置第二石墨纸，在第二石墨纸上放置石墨压块；

第五步，粉末冶金，烧结制坯

将装模的开合式模具垂直移入真空热压烧结炉内的工作台上，真空热压烧结炉的上压块及压力电机垂直压住开合式模具上的石墨压块，密闭；

开启真空泵，抽取炉内空气，使炉内压强恒定在2Pa；

开启真空热压烧结炉的等离子放电加热器，加热温度500±1℃；