辐射屏蔽组合物及其制备方法技术

本文描述了一种辐射屏蔽组合物及其制备方法，该辐射屏蔽组合物包含：(i)含硼粉末，其中该含硼粉末包括至少双峰粒径分布，以及(ii)金属，其中该金属包封所述陶瓷粉末以形成辐射屏蔽组合物。

Radiation shielding composition and its preparation methods

This paper describes a radiation shielding composition and a preparation method thereof, the radiation shielding composition comprises: (I) containing boron powder, wherein the boron powder comprises at least Shuangfeng particle size distribution, and (II) a metal, wherein the metal encapsulating the ceramic powder to form a radiation shielding composition.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】辐射屏蔽组合物及其制备方法
本专利技术描述了一种辐射屏蔽组合物及其制备方法，其中所述组合物包含具有多峰粒径分布的含硼粉末。
技术实现思路
辐射屏蔽材料广泛用于核工业。在该应用中，使用桶(cask)和架子(rack)来处理和存储新的和废弃的核燃料电池。辐射屏蔽材料以平板的形式用于桶中，该平板具有两个主要目的：捕获发射的会引发核链反应的中子，以及消散由核反应产生的热量。在核工业中，包含金属和陶瓷的金属基复合物(MMC)材料越来越多地被用作用于储存和运输新的和废弃的燃料的辐射屏蔽材料。在工业中观察到两种用于MMC材料的常见制造路线：液态工艺和粉末冶金(固态工艺)。在液态工艺中，存在各种方法以使含硼材料的颗粒和熔融金属组合物均匀混合。在粉末冶金中，通常将含硼材料颗粒和金属颗粒以粉末态混合，然后进行压制、烧结和/或热成形。中子吸收材料是核工业的关键部分并且有助于提升公共安全性。其制造、认证和使用受到严格的政府立法监管。将具体设计和材料组成的许可证授予桶制造商。此外，市场趋势是提高存储燃料反应性，这需要更高的碳化硼浓度以及提高辐射屏蔽板的导电性。然而，提高含硼组分(通常为陶瓷)浓度将导致密度降低，这将降低导电性。因此，必须发现在保持最佳的热导率和密度的同时提高含硼含量的技术。因此，期望中子吸收制品具有更高的最终密度和/或更高的硼含量，从而在至少一个实施方案中获得更好的性能。也需要改进的工艺和/或降低制造成本。在一个方面中，提供一种辐射屏蔽组合物，其包含：(i)含硼粉末，其中所述含硼粉末包括至少双峰粒径分布，以及(ii)金属，其中所述金属包封陶瓷粉末以形成辐射屏蔽组合物。在另一方面中，提供一种制备辐射屏蔽组合物的方法，其包括：(a)提供(i)含硼粉末，其中所述含硼粉末包括至少双峰粒径分布，和(ii)金属粉末；(b)将金属粉末和含硼粉末混合以制备混合粉末；以及(c)对混合粉末进行热加工以获得辐射屏蔽组合物。上述
技术实现思路
并不旨在描述每个实施方案。也在下面的描述中阐述了本专利技术的一个或多个实施方案的细节。其他特征、目的和优点在说明书和权利要求书中是显而易见的。具体实施方式本文所用的术语“一种”，“一个”和“所述”可互换使用，且意思是一个或多个；并且“和/或”用于表示可能发生一种或两种所述情况，例如A和/或B包括(A和B)以及(A或B)。此外，本文中用端点来表述的范围包括该范围内所包含的全部数字(例如，1至10包括1.4、1.9、2.33、5.75、9.98等)。此外，本文中“至少一个”的表述包括一个或多个的所有数字(例如，至少2、至少4、至少6、至少8、至少10、至少25、至少50、至少100等)。近年来，已经开发出了金属基复合物(MMC)材料，不仅因其强度和低密度，而且还能用于需要高杨氏模量、耐磨性、散热性、耐腐蚀性、低热膨胀和中子吸收能力的其它用途。通常，可以通过增加具有所需功能的陶瓷的量来增加各功能，但是简单地增加陶瓷的量可能导致加工性、挤出能力、轧制能力、延展性和锻造能力大大降低。因此，虽然已经考虑了预形成陶瓷，用金属熔体浸渍，然后将高浓度陶瓷均匀分散在基质相中的方法，但是其具有这样的缺点：由于熔体的不充分渗透和固化期间的收缩形成而可能发生缺陷。此外，通常存在陶瓷在金属中的聚集和分离。如果粉末是均匀混合的，则通常提出将粉末冶金工艺作为解决分离问题的方案。美国专利No.7,725,520公开了一种提供均匀组合物的粉末冶金技术，但该工艺和许多工艺一样，需要若干大规模的加工步骤，使其成本高昂。美国专利No.7,998,401(Okaniwa等人)公开了增加MMC中的陶瓷含量的替代方法，据说该替代方法易于生产。Okaniwa等人公开了对金属片内的铝/陶瓷粉末混合物进行电压烧结，然后对该金属包覆材料进行塑性加工步骤。在本公开内容中，已经发现通过使用包括多峰粒径分布的含硼粉末，可以实现高密度的粉末，(例如)得到包含包封在金属中的含硼粉末的材料，该材料具有更高的性能效率。金属粉末形成包含金属粉末和陶瓷粉末的混合粉末。金属组分的目的是(a)机械地结合陶瓷粉末和(b)通过辐射屏蔽组合物传导热量。通常，金属粉末是铝，然而可以使用其他金属粉末，包括镁或不锈钢。金属粉末的示例性类型包括纯铝(纯度至少为99.0％的铝粉末，例如AA1100、AA1050、AA1070等)，或含有铝和0.2质量％至2质量％的其它金属的铝合金。这种合金包括：Al-Cu合金(AA2017等)、Al-Mg合金(AA5052等)、Al-Mg-Si合金(AA6061等)、Al-Zn-Mg合金(AA7075等)、Al-Mn合金，其可单独使用或者使用两者以上的混合物。可以通过考虑(例如)所期望的性能、耐腐蚀性、污染控制、热加工中的变形阻力、混合的含硼颗粒的量和原料成本来确定待选择的金属粉末的组成。例如，当希望提高加工性或散热性时，纯铝粉末(例如铝AA1XXX系列，其中X为数字)是优选的。与铝合金粉末的情况相比，纯铝粉末在原料成本方面也是有利的。作为纯铝粉末，优选使用纯度为99.0质量％以上的纯铝粉末(市售可得的纯铝粉末的纯度通常为至少99.7质量％)。当希望进一步提高所得的中子吸收能力时，可以优选将1质量％至50质量％的提供中子吸收能力的一种元素(例如铪(Hf)、钐(Sm)或钆(Gd))加入到铝粉末中。此外，当需要高温强度时，可以添加选自钛(Ti)、铬(Cr)、锰(Mn)、铜(Cu)、镍(Ni)、钼(Mo)、铌(nb)、锆(Zr)和锶(Sr)中的至少一种元素，并且当需要室温强度时，可以添加选自硅(Si)、铜(Cu)、镁(Mg)和锌(Zn)中的至少一种元素，其中各元素的比例为2质量％以下，并且总计为15质量％以下。在本公开的一个实施方案中，金属粉末具有单峰粒径分布。在本公开的另一实施方案中，金属粉末具有多峰粒径分布(例如双峰、三峰等)。尽管对金属粉末的平均粒径没有特别限制，但是金属粉末的平均粒径通常为最多约500μm(微米)，150μm，或甚至60μm。对平均粒径的下限没有特别限制，只要是可生产的即可，但是粉末通常应该为至少1μm、5μm、10μm或甚至20μm。对于本公开的目的，平均粒径是指通过激光衍射粒径分布测定的D50值。在一个实施方案中，金属粉末的至少双峰粒径分布包括至少1μm、3μm、5μm或甚至10μm且至多约60μm、40μm或甚至20μm的D50值。在一个实施方案中，金属粉末具有多峰粒径分布，其中第一峰(包括较小颗粒)与第二峰(包括较大颗粒)的平均颗粒比例为至少1:2、1:3、1:5、1:7、1:11或甚至1:20。对金属粉末的形状也没有限制，并且可以是泪珠状、球形、椭圆形、薄片状或不规则形状。金属粉末的制造方法可以通过已知的金属粉末的制造方法来制造。制造方法可以是(例如)通过雾化、熔体纺丝、旋转盘、旋转电极或其它快速冷却固化的方法，但是对于工业制造，雾化法(特别是惰性气体雾化法)是优选的，其中通过使熔体雾化来制造粉末。这些制造方法可能会影响所得颗粒的形状，这可能会影响粉末的压实效率。含硼粉末在用于辐射屏蔽的各种元素中，硼由于其相对高的丰度、低成本以及高辐射吸收能力而最受欢迎。硼通过捕获中子来控制辐射：以10B同位素(其以约20原子％的比例天然存在)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种辐射屏蔽组合物，包含：(i)含硼粉末，其中所述含硼粉末包括至少双峰粒径分布，以及(ii)金属，其中所述金属包封所述陶瓷粉末以形成所述辐射屏蔽组合物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.11.10 US 62/077,3891.一种辐射屏蔽组合物，包含：(i)含硼粉末，其中所述含硼粉末包括至少双峰粒径分布，以及(ii)金属，其中所述金属包封所述陶瓷粉末以形成所述辐射屏蔽组合物。2.根据权利要求1所述的辐射屏蔽组合物，其中所述辐射屏蔽组合物包含至少5质量％的含硼粉末。3.根据前述权利要求中任一项所述的辐射屏蔽组合物，其中所述至少双峰粒径分布包括至少一个至少10微米的D50。4.根据前述权利要求中任一项所述的辐射屏蔽组合物，其中所述至少双峰粒径分布包括至少1微米且至多200微米的峰。5.根据前述权利要求中任一项所述的辐射屏蔽组合物，其中所述含硼粉末选自碳化硼。6.根据前述权利要求中任一项所述的辐射屏蔽组合物，其中所述金属选自铝、镁、不锈钢以及它们的组合中的至少一者。7.一种制备辐射屏蔽组合物的方法，包括：(a)提供(i)含硼粉末，其中所述含硼粉末包括至少双峰粒径分布，和(ii)金属粉末；(b)将所述金属粉末和所述含硼粉末混合以制备混合粉末；以及(c)对所述混合粉末进行热加工，以得到所述辐射屏蔽组合物。8.根据权利要求7所述的方法，其中所述辐射屏蔽组合物包含至少5质量％的所述含硼粉末。9.根据权利要求7和8中任一项所述的方法，其中所述至少双峰粒径分布包括至少一个至少30微米的D50。10.根据权利要求7至9中任一项所述的方法，其中所述至少双峰粒径分布包括至少1微米且至多200微米...

【专利技术属性】
技术研发人员：艾蒂安·兰德里德希，法布里斯·伯尼尔，吉纳维芙·格拉松，穆罕默德·Z·纳瓦兹，
申请(专利权)人：赛瑞丹公司，
类型：发明
国别省市：美国,US