[发明专利]一种铝/氟化铝复合陶瓷中子慢化体及其制备方法

说明书

本发明公开了一种铝/氟化铝复合陶瓷中子慢化体及其制备方法，包括如下步骤：将Al粉、AlF₃粉和LiF粉按比例混合，并充惰性气体保护，得混合粉料；将混合粉料装入橡胶模具中，等静压压制得坯体，将坯体进行加工后得到适于热压烧结的压块，或将混合粉料在压机上模压成压块；将压块进行热压烧结，得Al/AlF₃烧结体；将Al/AlF₃烧结体磨削、切割后，组合成为中子慢化体。

技术领域

本发明属于材料制备与加工领域，具体涉及一种铝/氟化铝复合陶瓷中子慢化体及其制备方法。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

硼中子俘获治疗(BNCT)技术是将具有选择性的含¹⁰B药物注射入人体血液，药物富集于肿瘤细胞中，使用超热中子束流照射病灶部位，¹⁰B吸收中子并放出高能量、短射程的α粒子和⁷Li离子，这些粒子可以在杀死肿瘤细胞的同时避免损伤正常组织细胞。在BNCT技术应用中，所需的超热中子能量介于1eV～10keV之间，而反应堆的中子能谱一般为0～20MeV之间各种能量的混合谱，因此，需采用特殊设计的中子慢化材料进行过滤。

目前，铝/氟化铝(Al/AlF₃)复合材料是BNCT技术最常用的中子慢化材料，而致密、无气孔Al/AlF₃中子慢化材料的烧结主要采用热压烧结或者热等静压烧结工艺。

现有的中子慢化材料用于将高速中子，特别是裂变中子，慢化成超热中子。该材料是含有20-50vol％的铝和80-50vol％的氟化铝的无气孔致密复合材料，是通过热等静压工艺制备的，制备的中子慢化件的典型尺寸为：700×1000×1000mm。热等静压烧结成本高，而且采用目前技术，热等静压不能制备大尺寸的陶瓷材料。该中子慢化体是由小块体组装而成的。

还有的中子慢化用Al/AlF₃复合材料是将AlF₃、Al按质量比1:1～9:1称料混合，再加入烧结助剂并球磨、筛分；将粉料装入热压模具进行热压烧结，制得Al/AlF₃复合材料。所采用的热压模具内部空间100mm×100mm，高度150mm。所制备的Al/AlF₃复合材料致密度在2.6g/cm³以上。

根据目前的设备技术，制备BNCT技术所需要的整体尺寸大于700×700×1000mm、致密的氟化铝基中子慢化件是难以实现的，只能通过拼接实现慢化件的组装。然而，接缝越少，越有利于实现中子的慢化作用和效果。

以Al粉、氟化铝粉为原料热压烧结Al/AlF₃复合陶瓷慢化体制备过程中，往往存在如下问题：1)干法混料Al粉存在爆炸风险；2)真空或者惰性气体保护热压烧结时，抽真空过程容易将部分粉体抽入真空系统；3)对于烧结尺寸较大块体，容易出现烧结体密度不均匀的现象；4)通过小块体拼接存在接缝多而影响中子慢化效果。

发明内容

针对上述现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是提供一种铝/氟化铝复合陶瓷中子慢化体及其制备方法。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

第一方面，本发明提供一种铝/氟化铝复合陶瓷中子慢化体的制备方法，包括如下步骤：

将Al粉、AlF₃粉和LiF粉按比例混合，并充惰性气体保护，得混合粉料；

将混合粉料装入橡胶模具中，等静压压制得坯体，将坯体进行加工后得到适于热压烧结的压块；

将压块进行热压烧结，得Al/AlF₃烧结体；