一种中子屏蔽复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种中子屏蔽复合材料及其制备方法，属于核辐射屏蔽材料领域，该方法工艺简单、成品率高，制备的泡沫陶瓷基中子屏蔽复合材料中子屏蔽性能优异、体积密度小、耐腐蚀性强。本发明专利技术通过聚氨酯前驱体法制备出具有一定力学性能的网状泡沫陶瓷，之后对泡沫陶瓷材料进行预处理；将熔融均匀的60~90质量分的中子慢化材料、10~40质量份中子吸收材料和0~10质量份添加剂混合均匀后，放入预处理后的泡沫陶瓷材料，高于慢化材料熔融温度负压浸渍，可使熔融的高分子慢化材料填充一部分进入聚氨酯烧失后留下的中空孔筋内部，同时填充泡沫陶瓷空隙；冷却后去除多余溢出基体部分高分子材料制备出新型中子屏蔽泡沫陶瓷复合材料。

A NEUTRON SHIELDING COMPOSITE AND ITS PREPARATION METHOD

The invention discloses a neutron shielding composite material and a preparation method thereof, belonging to the field of nuclear radiation shielding materials. The method has simple process and high yield, and the prepared neutron shielding composite material of foam ceramic substrate has excellent neutron shielding performance, small volume density and strong corrosion resistance. Through the polyurethane precursor method, the reticulated foam ceramics with certain mechanical properties are prepared through the polyurethane precursor method. After that, the foamed ceramic materials are pretreated, and the neutrated moderating materials with 60~90 homogeneous mass, 10~40 neutron absorption material and 0~10 mass fraction additive are mixed evenly, and then placed into the pretreated foam ceramics. The ceramic material, which is higher than the melting temperature of negative pressure impregnation of the moderating material, can make the melted macromolecule moderating material fill part of the hollow hole reinforcement inside the polyurethane after burning and lose, and fill the gap of the foam ceramic. After cooling, remove the excess overflowing part of the matrix polymer material, prepare a new neutron shielding foam ceramic composite material. Material.

【技术实现步骤摘要】
一种中子屏蔽复合材料及其制备方法
本专利技术属于核辐射屏蔽材料领域，具体涉及一种中子屏蔽复合材料及其制备方法。
技术介绍
随着科学技术的快速发展，近年来核能和核技术的应用得到了迅猛发展，造福人们生活的同时，也带来极具破坏性危害的传统中子屏蔽材料。中子由于呈电中性，具有很强的穿透性，可对人体产生危害。目前，主要的中子屏蔽材料主要存在以下问题：体积密度大、机械强度不高、抗侵蚀性能较差、制备工艺复杂并且成本高。因此，制备高性能的中子屏蔽材料已成为当今亟待解决的问题。目前技术人员为制备高性能辐射屏蔽材料等问题进行了深入的研究和技术开发：专利CN201510701250公开了一种以碳化硼、中子吸收剂、铝及铝合金制备的主要针对乏燃料贮存用中子屏蔽的复合材料，该方法在一定程度上保证了中子屏蔽效率的基础上提高了复合材料塑性，并且提高了生产效率。但其主要缺陷是:（1）工艺复杂，成品率低，价格高；（2）体积密度大；（3）耐腐蚀性差。专利CN201510128412.8公开了一种以甲基乙烯基硅胶为基体，添加阻燃隔热填料与中子吸收材料，利用双辊开炼机，平板硫化机制备了一种具有阻燃隔热性能的中子屏蔽材料，一定程度上具有阻燃与隔热性能，但其主要缺陷是：（1）工艺较为复杂，成本高。（2）材料力学性能差。（3）中子屏蔽性能不高。（4）耐腐蚀性差。
技术实现思路
本专利技术提供了一种中子屏蔽复合材料及其制备方法，该方法工艺简单、成品率高，降低成本，该方法制备的泡沫陶瓷基中子屏蔽复合材料综合力学性能好、中子屏蔽性能优异、体积密度小、耐腐蚀性强。为实现以上目的，本专利技术采用以下技术方案：一种中子屏蔽复合材料，以泡沫陶瓷为基体，按质量包括60~90份中子慢化材料，10~40份中子吸收材料与0~10份添加剂。以上所述泡沫陶瓷基体的材质为Al2O3、ZrO2、SiC和莫来石中的一种或几种，孔隙率为85%~97%，孔径大小为5~100ppi；所述中子慢化材料为聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯；所述中子吸收材料为碳化硼、氮化硼或氧化钆一种或一种以上的混合物，所述碳化硼、氮化硼和氧化钆的平均粒径≤25μm；所述的添加剂为硅烷偶联剂KH-550、KH-560、KH-570或钛酸酯偶联剂KR-TTS。一种中子屏蔽复合材料的制备方法，包括：(1)制备泡沫陶瓷基体并进行预处理后放入模具中；(2)将60~90质量份中子慢化材料加热至完全融化，保持加热温度在其熔点以上10℃~15℃，加入10~40质量份中子吸收材料与0~10质量份添加剂均匀混合，并进行超声搅拌处理20~30min，得到混合填料；(3)将步骤(2)得到的混合填料注入步骤(1)的模具中，混合填料浸没泡沫陶瓷后将模具放入真空干燥箱中，干燥温度保持在中子慢化材料熔点以上10℃~15℃，抽真空保持15~20min后室温冷却，负压使混合填料充分填入泡沫陶瓷气孔中；(4)将固化后的泡沫陶瓷基复合材料从模具中取出，去除多余溢出泡沫陶瓷部分的固化后的混合填料。以上所述步骤中，步骤(1)所述的制备泡沫陶瓷基体并进行预处理的步骤为：将预处理后的聚氨酯泡沫放入配制好的浆料中浸渍，通过预先设置好的轧辊挤出多余浆料，室温干燥12h后，放入干燥箱中120℃干燥12h制得生坯，将生坯放入高温炉中烧结最终制备出泡沫陶瓷基体，并将制备好的泡沫陶瓷基体放入硅烷偶联剂中并进行超声处理30min。本专利技术的有益效果：本专利技术提供了一种中子屏蔽复合材料及其制备方法，通过聚氨酯前驱体法制备出具有一定力学性能的网状泡沫陶瓷，将熔融均匀的中子慢化材料与中子吸收材料混合均匀后，放入泡沫陶瓷基体，高于慢化材料熔融温度负压浸渍，可使熔融的高分子慢化材料填充一部分进入聚氨酯烧失后留下的中空孔筋内部，同时填充泡沫陶瓷空隙；冷却后去除多余溢出基体部分高分子材料制备出新型中子屏蔽泡沫陶瓷复合材料；中子慢化材料的引入，不仅增加了复合材料慢化中子能力并富含中子吸收材料屏蔽中子，中子吸收材料选择碳化硼、氮化硼和氧化钆一种或几种微粉的混合，主要是这些元素的中子吸收截面远大于其他材料进而具有极强的中子吸收能力，同时高分子材料的添加弥补了泡沫陶瓷材料脆性问题，高分子材料填充在泡沫陶瓷中空孔筋与表面空隙，提升了复合材料整体的机械性能，制备出的复合材料具有优秀的力学强度，中子屏蔽性能，耐腐蚀性，而且具有工艺简单，成本低廉等优点。本专利技术制备的中子屏蔽泡沫陶瓷，经检测：体积密度为0.79~1.44g/cm3；常温耐压强度为2.3~10.6MPa；采用300mCiAm-Be中子源对屏蔽泡沫陶瓷（厚度为2cm）进行辐照热中子穿透率均小于10%。因此，本专利技术制备的中子屏蔽泡沫陶瓷复合材料体积密度小、强度高、具有优异的耐化学侵蚀性和中子屏蔽性能。具体实施方式实施例1一种中子屏蔽复合材料及制备方法，包括：(1)将预处理后的聚氨酯泡沫放入配制好的浆料中浸渍，通过预先设置好的轧辊挤出多余浆料，室温干燥12h后，放入干燥箱中120℃干燥12h制得生坯；将生坯放入高温炉中烧结最终制备出泡沫陶瓷基体，并将制备好的泡沫陶瓷基体放入硅烷偶联剂中并进行超声处理30min后，放入预先制备的模具中。泡沫陶瓷参数如下：基体：Al2O3-ZrO；孔隙率：85%；孔密度：10PPi；体积密度：0.7g/cm3；长、宽5cm，厚2cm。(2)将60质量份聚乙烯放入搅拌机中加热至完全融化，保持加热温度在其熔点以上10℃，使熔体保持较低的粘度，加入25质量份碳化硼均匀混合，并进行超声搅拌处理20min。(3)将步骤(2)中所制备的混合填料注入步骤(1)所述的模具中，混合填料浸没泡沫陶瓷后将模具放入真空干燥箱中，加热温度保持在聚乙烯熔点以上10℃，抽真空保持15min后室温冷却，负压使混合填料充分填入泡沫陶瓷气孔中。(4)将固化后的泡沫陶瓷基复合材料从模具中取出，去除多余溢出泡沫陶瓷部分的固化后的混合填料。所制备的泡沫陶瓷基中子屏蔽复合材料，经检测：常温耐压强度为：3.2~4.3MPa；密度0.87~0.93g/cm3；热中子屏蔽率：95.3%。实施例2一种中子屏蔽复合材料及制备方法，包括：(1)将预处理后的聚氨酯泡沫放入配制好的浆料中浸渍，通过预先设置好的轧辊挤出多余浆料，室温干燥12h后，放入干燥箱中120℃干燥12h制得生坯；将生坯放入高温炉中烧结最终制备出泡沫陶瓷基体，并将制备好的泡沫陶瓷基体放入硅烷偶联剂中并进行超声处理30min后，放入预先制备的模具中。泡沫陶瓷参数如下：基体：Al2O3-SiC；孔隙率：90%；孔密度：10PPi；体积密度：0.4g/cm3；长、宽5cm，厚2cm。(2)将75质量份聚乙烯放入搅拌机中加热至完全融化，保持加热温度在其熔点以上15℃，使熔体保持较低的粘度，加入40质量份氧化钆与10质量份KH-570均匀混合，并进行超声搅拌处理30min。(3)将步骤(2)得到的混合填料注入步骤(1)的模具中，混合填料浸没泡沫陶瓷后将模具放入真空干燥箱中，干燥温度保持在中子慢化材料熔点以上15℃，抽真空保持20min后室温冷却，负压使混合填料充分填入泡沫陶瓷气孔中；(4)将固化后的泡沫陶瓷基复合材料从模具中取出，去除多余溢出泡沫陶瓷部分的固化后的混合填料。所制备的泡沫陶瓷基中子屏蔽复合材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种中子屏蔽复合材料，其特征在于，以泡沫陶瓷为基体，按质量包括60~90份中子慢化材料，10~40份中子吸收材料与0~10份添加剂。

【技术特征摘要】
1.一种中子屏蔽复合材料，其特征在于，以泡沫陶瓷为基体，按质量包括60~90份中子慢化材料，10~40份中子吸收材料与0~10份添加剂。2.根据权利要求1所述的中子屏蔽复合材料，其特征在于，所述泡沫陶瓷基体的材质为Al2O3、ZrO2、SiC和莫来石中的一种或几种，所述泡沫陶瓷基体的孔隙率为85%~97%，孔径大小为5ppi~100ppi。3.根据权利要求1所述的中子屏蔽复合材料，其特征在于，所述中子慢化材料为聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯。4.根据权利要求1所述的中子屏蔽复合材料，其特征在于，所述中子吸收材料为碳化硼、氮化硼或氧化钆中的一种或一种以上的混合物，所述碳化硼、氮化硼和氧化钆的平均粒径≤25μm。5.根据权利要求1所述的中子屏蔽复合材料，其特征在于，所述的添加剂为硅烷偶联剂KH-550、KH-560、KH-570或钛酸酯偶联剂KR-TTS。6.一种中子屏蔽复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)制备泡沫陶瓷基体并进行预处理后放入模具中...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾文宝，汪瑜凡，陈若愚，黑大千，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32