[发明专利]一种具有复合射线屏蔽性能的含硼钨基材料

说明书

一种具有复合射线屏蔽性能的含硼钨基材料，属于屏蔽材料制备技术领域。该材料由纯钨基体经表面固相渗硼得到，单面硼化层的厚度约为20‑115um。相比传统的屏蔽材料，这种复合屏蔽材料对γ射线和中子均有较为显著的屏蔽效果，同时具有工艺易调控、环境友好等优良特性。

技术领域

本发明涉及一种具有γ射线及热中子复合射线屏蔽性能的含硼钨基材料的制备方法，属于屏蔽材料制备技术领域。

背景技术

随着世界范围内的宇宙空间任务激增和现代科学技术的飞跃，深空探索已经成为了人类航天活动的重要方向和空间科学技术创新的重要途径。然而，宇宙环境中存在着大量的高能射线，如γ射线、中子辐射等，这些高能射线会在一定程度上损害正在太空中运作的电子设备及电子元器件，甚至会危害宇航员的生命安全。因此，研究和应用射线屏蔽材料就成为了降低辐射危害的必要手段。其中，射线屏蔽材料主要指能够对γ射线、中子等电离辐射有屏蔽作用的材料，而对辐射防护的效果则主要依赖于这些射线屏蔽材料的屏蔽性能的优劣。

目前应用最广泛的屏蔽材料是含铅材料，这类高原子序数材料可以有效地屏蔽γ射线。但是随着技术的发展，对屏蔽材料的要求也逐渐提高，传统的单一屏蔽材料难以满足对空间中多种高能射线的防护需求。而以铅及其化合物为基体的复合屏蔽材料，在制备、使用和后处理过程中会由于铅的毒性而带来严重的环境污染，甚至会在屏蔽过程中产生二次韧致辐射。为了弥补这些不足，提供一种绿色清洁且对γ射线、中子同时具有屏蔽效果的复合屏蔽材料就成为了当前亟需解决的问题。

发明内容

针对钨基材料射线屏蔽性能单一的问题，本发明目的在于提供一种具有γ射线和热中子复合射线屏蔽效果的含硼钨基材料的制备方法。本发明的方法以化学热处理技术为基础，采用固相渗硼法制备出有良好界面结合强度、同时能够有效防护γ射线、热中子等宇宙高能射线的含硼钨基材料。本方法工艺简单，硼化层厚度易调控，具有较高的实际应用价值。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案如下：

1)采用砂纸打磨线切割纯钨基体，优选打磨至1000#，而后使用酒精超声清洗并干燥备用；

2)将渗硼剂置于坩埚中，连同坩埚一起放入烘箱内干燥；

3)将步骤1)清洗干燥后的基体埋入烘干过的步骤2)渗硼剂中，使用密封剂密封于陶瓷坩埚内；

4)将密封坩埚放入箱式高温炉进行固相渗硼处理；

5)样品随炉冷却后，取出渗硼试样；

6)使用砂纸优选2000^#砂纸轻磨去试样表面残留的渗硼剂，并用酒精超声冲洗试样，

干燥后密封保存即获得具有γ射线及中子复合屏蔽性能的含硼钨基材料。

所用基体为纯钨，其中试样尺为Ф15×4mm的样品用于显微结构表征，试样尺寸为Ф55×2mm样品用于射线屏蔽测试。

所述步骤(1)和(6)中超声清洗时间为10min。

所述步骤(2)中，渗硼剂干燥温度为150℃，干燥时间为120min。

所述步骤(2)中，渗硼剂为商用固体粉末渗硼剂，如其成分包括如下：碳化硼，碳化硅，氟硼酸钾，铝粉。

所述步骤(4)中，固相渗硼温度为950-1050℃，渗硼时间为2-8h。

本发明的有益效果是：