[发明专利]一种硼酸铋陶瓷材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种硼酸铋陶瓷材料及其制备方法。其技术方案是：将硼酸和氧化铋混合，球磨，烘干，得到烘干球磨料Ⅰ；在250～300℃条件下保温，破碎，得到硼酸铋粉体。再将氧化镁、氧化铝和氧化钆混合，球磨，烘干，得到烘干球磨料Ⅱ；然后将烘干球磨料Ⅱ和硼酸铋粉体混合，球磨，烘干，制得硼酸铋陶瓷粉体。将硼酸铋陶瓷粉体机压成型，等静压处理，在空气气氛、常压和500～600℃条件下保温3～5小时，制得硼酸铋陶瓷材料。本发明工艺简单、生产周期短、成本低和环境友好，所制备的硼酸铋陶瓷材料中子与γ协同屏蔽性能优异和隔热性能良好。

技术领域

本发明属于硼酸盐陶瓷材料技术领域。特别涉及一种硼酸铋陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

随着生产技术的不断发展，人类对能源的需求愈来愈大，核能与其它的新型能源相比，拥有高效、清洁等无可比拟的优越性。目前对于从事核反应研究的工作人员来说，采取屏蔽防护是最好的方式，而且隔热良好的材料也能够减少能量的损失，对于提高能源利用率也不可或缺。如何保证屏蔽能力优良的前提下同时提高材料的隔热性能，是屏蔽材料研究人员所要研究的问题。

在现有的技术研究中，Bi元素对γ光子的衰减系数高、且不会对人体造成伤害，因此Bi可以作为一种不错的γ射线屏蔽材料。在众多的中子屏蔽材料中，B对热中子的吸收截面最高，产生的二次γ射线最高只有0.479MeV，同时含硼化合物在自然界存储丰富，相比于其他中子慢化剂如钆、镉和锂，硼体现出价格低廉，所以B可作为理想的热中子屏蔽材料。对于即含有硼元素且同时含有铋元素的硼酸铋陶瓷材料来说，其中子与γ的协同屏蔽性能值得探究。

目前，硼酸铋粉体的制备通常采用的是熔盐法、溶胶凝胶法、水热法和固相烧结法，但是由于熔盐法、溶胶凝胶法、水热法产量低、工艺复杂与生产周期过长的原因，难以批量生产。而固相烧结法由于硼酸能与氧化铋直接反应生产硼酸铋，方法简便、制备周期短、成本低且能合成纯度较高，因而受到本领域技术人员的关注。

“一种铅铝硼复合核屏蔽材料及其制备方法”(CN104150859A)专利技术，该技术利用硼粉进行表面处理、挤压成型、保护气氛烧结和包铅处理，该技术制得的复合材料由于硼含量高导致屏蔽性能好，但是其γ屏蔽性能一般；另外，由于材料制备过程中采用了包铅处理，铅具有一定毒性，制作过程和使用过程中容易对人体产生危害，而且材料制备过程中会使用到强酸与强碱，在制备过程中对人体存在安全隐患，同时该复合材料导热率一般，会造成大量的热量损失。

“一种碳纤维增强的铝基碳化硼中子屏蔽材料的制备方法”(CN109680227A)专利技术，该技术将球磨混合均匀的复合粉末装在预先制好的石墨磨具内进行表面活化、等离子活化烧结，烧结后的试样进行热处理得到复合材料，该技术虽然提高了硼原子对中子的吸收效率，但是该技术工序过多，步骤繁琐，制作过程需多次加热到一定温度然后冷却，生产周期过长，很难进行大批量生产和应用。

发明内容

本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种工艺简单、生产周期短、成本低和环境友好的硼酸铋陶瓷材料的制备方法；用该方法制备的硼酸铋陶瓷材料中子与γ协同屏蔽性能优异和隔热性能良好。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案的具体步骤是：

步骤一、按硼酸∶氧化铋的质量比为0.40～0.66∶1，将所述硼酸和所述氧化铋混合，得到混合料Ⅰ；再以无水乙醇为球磨介质，对所述混合料Ⅰ进行球磨，混合料Ⅰ的球磨时间为2～4h，烘干，得到烘干球磨料Ⅰ；然后将所述烘干球磨料Ⅰ在250～300℃条件下保温3～5小时，破碎，得到硼酸铋粉体。

步骤二、将30～36wt％的氧化镁、52～58wt％的氧化铝和6～18wt％的氧化钆混合，得混合料Ⅱ；再以无水乙醇为球磨介质，对所述混合料Ⅱ进行球磨，混合料Ⅱ的球磨时间为2～4h，烘干，得到烘干球磨料Ⅱ。