一种硼化钨钛基核屏蔽复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种硼化钨钛基核屏蔽复合材料及其制备方法，复合材料包括硼化钨和钛元素，且在硼化钨与钛界面有针状的硼化钛增强相。其制备方法是将将硼化钨粉体和含钛粉体混合，加入有机溶剂进行球磨混料，之后干燥，将干燥后的粉体放入石墨模具中，进行真空热压烧结得到致密的硼化钨钛基核屏蔽复合材料。本发明专利技术提供的硼化钨钛基核屏蔽复合材料的制备方法，在真空热压烧结过程中，钛会与硼化钨中的硼元素发生反应，在硼化钨于钛元素界面生成针状的硼化钛，在界面生成的硼化钛增强了硼化钨钛基复合材料的力学性能；其烧结温度低，成本大大降低。提供的硼化钨钛基核屏蔽复合材料，对于伽马射线和中子的屏蔽能力优于传统的铝基碳化硼/钨复合屏蔽材料。化硼/钨复合屏蔽材料。化硼/钨复合屏蔽材料。

【技术实现步骤摘要】
一种硼化钨钛基核屏蔽复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种硼化钨钛基核屏蔽复合材料及其制备方法，属于核辐射防护复合材料制备及应用的


技术介绍

[0002]随着能源的不断枯竭和环境日益破坏，人类正在寻找一种清洁高效的能源来满足生产及生活的要求，核电站作为一种高效的能源设施，正在逐渐进入人们的视野，世界各国都在发展该种技术。而核电站在带给人类巨大能源的同时，也产生了很多射线，γ射线、中子射线等，其中γ射线、中子射线穿透力极强，并且会给人的身体造成极大的危害。核电站的核心结构核反应堆中，需要拥有很好的中子射线及γ射线屏蔽功能。因此，探索出一种具有良好中子射线及γ射线屏蔽能力的材料显得极为重要。
[0003]目前用于核屏蔽的材料多种多样，有水泥基核屏蔽材料，金属基核屏蔽材料，高分子基核屏蔽材料等等。但是都存在一些缺陷，如水泥基核屏蔽材料，体积和质量大，且不能移动和加工，金属基核屏蔽材料的大多数都只有单一的γ射线或者中子屏蔽能力，高分子核屏蔽材料对γ射线的屏蔽能力较弱，且耐热性不强，使用寿命较短。

技术实现思路

[0004](一)要解决的技术问题
[0005]为了解决现有技术的上述问题，本专利技术提供一种硼化钨钛基核屏蔽复合材料。该复合材料中含有硼化钨粒子和钛元素，其中，硼化钨粒子首先提供了W和B元素，W元素对伽马射线有很好的屏蔽性能，硼元素中的
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B同位素有着很高的热中子宏观截面，所以硼化钨具有对γ射线和中子很好的综合屏蔽性能。其次硼化钨中硼会与钛元素反应在硼化钨与钛界面反应生成了针状硼化钛增强相，增强了钛基复合材料的力学性能。
[0006](二)技术方案
[0007]为了达到上述目的，本专利技术采用的主要技术方案包括：
[0008]一种硼化钨钛基核屏蔽复合材料，其包括硼化钨和钛元素，且在硼化钨与钛界面有针状的硼化钛增强相；其中硼化钨的质量分数为0.5～50％，钛元素的质量分数为50～99.5％，所述硼化钨为W2B、WB、WB2、W2B5、WB4或WB
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中的一种或者多种；所述钛元素来自钛粉、氢化钛粉。
[0009]一种硼化钨钛基核屏蔽复合材料的制备方法，其包括如下步骤：
[0010]S1、按设计的成分质量分数配比取硼化钨粉体和含钛的粉体进行混合，得混合粉体；
[0011]S2、对步骤S1的混合粉体放入行星球磨机中，并添加有机溶剂和研磨介质，进行球磨混料，得到混合均匀的浆料；
[0012]S3、将所得的浆料进行真空干燥，得到混合粉体；
[0013]S4、将得到的复合粉体装入石墨模具中，然后置入真空热压炉中进行烧结，冷却得
到致密的硼化钨钛基核屏蔽复合材料。
[0014]如上所述的制备方法，优选地，在步骤S1中，设计的成分质量分数配比为硼化钨粉体占0.5～50％，余量为钛元素，其质量分数占50～99.5％；所述硼化钨粉体为W2B、WB、WB2、W2B5、WB4或WB
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中的一种或者多种；所述含钛的粉体为钛粉、氢化钛粉或者钛合金。
[0015]如上所述的制备方法，优选地，在步骤S2中，所述有机溶剂为无水乙醇或丙酮，所述有机溶剂的用量为混合粉体的质量的40～60％，使混合粉体成糊状。
[0016]如上所述的制备方法，优选地，在步骤S2中，研磨介质为玛瑙球，所述研磨介质与混料粉体的质量比为1:1～1:5。
[0017]如上所述的制备方法，优选地，所述玛瑙球为直径6mm和直径4mm的玛瑙球，二者比例为1:1～1:2。
[0018]如上所述的制备方法，优选地，在步骤S2中，所述行星球磨机的球磨速度为200r/min～500r/min，球磨的时间为8～24h。
[0019]如上所述的制备方法，优选地，在步骤S3中，所述真空干燥的温度为80～105℃，干燥时间为6～12h。
[0020]如上所述的制备方法，优选地，在步骤S4中，所述烧结的温度为1000～1500℃，压力的范围为10～50Mpa，烧结的时间为0.5～2h，而后随炉冷却。
[0021]如上所述的制备方法，优选地，在步骤S4中，真空热压炉的升温速率为5～10℃/min，真空度为10～40Pa。
[0022](三)有益效果
[0023]本专利技术的有益效果是：
[0024]1.本专利技术提供的硼化钨钛基核屏蔽复合材料，通过加入硼化钨粒子，同时具有γ射线和中子屏蔽能力，又利用钛作为基体有着高强度，高韧性和优异的力学性能和较高致密度。
[0025]2.本专利技术提供的硼化钨钛基核屏蔽复合材料的制备方法，通过在含钛粉体中引入硼化钨粒子，只有硼化钨和钛元素两种组元，相对于含硼、钨的铝基复合材料(如专利申请公开号为CN 112802619 A)和含硼、钨的钛基复合材料(如专利申请公开号为CN 109402477 A)的三种或三种以上的组元，本专利技术在粉体分散，和混合均匀都具有优势，其烧结温度低，成本大大降低。
[0026]3.本专利技术提供的硼化钨钛基核屏蔽复合材料的制备方法，在真空热压烧结过程中，钛会与硼化钨中的硼元素发生反应，在硼化钨于钛元素界面生成针状的硼化钛，在界面生成的硼化钛增强了硼化钨钛基复合材料的力学性能。
[0027]4.本专利技术提供的硼化钨钛基核屏蔽复合材料，对于伽马射线和中子的屏蔽能力优于传统的铝基碳化硼/钨复合屏蔽材料。
附图说明
[0028]图1为实施例1获得样品的抛光面的扫描电子显微镜照片；
[0029]图2为实施例1获得样品的断口形貌图。
具体实施方式
[0030]本专利技术提供硼化钨钛基核屏蔽复合材料及其制备方法，其包括如下步骤：
[0031]S1、按照复合材料中硼化钨的质量分数为0.5～50％，余量按钛元素计，其质量分数为50～99.5％的配比称取硼化钨粉体和含钛的粉体进行混合，得混合粉体；
[0032]S2、对步骤S1的混合粉体放入行星球磨机中，并添加有机溶剂如无水乙醇或者是丙酮和研磨介质，进行球磨混料，得到混合均匀的浆料；
[0033]S3、将所得的浆料进行真空干燥，得到混合粉体；
[0034]S4、将得到的复合粉体装入石墨模具中，然后置入真空热压炉中进行烧结，冷却得到致密的硼化钨钛基核屏蔽复合材料。
[0035]研究发现，对于复合材料中硼化钨与钛的质量配比参数的选择:在保证力学性能的前提下尽量提高硼化钨的含量，因为硼化钨的含量越高复合材料的中子和伽马射线的屏蔽性能越好。但是过高的含量的硼化钨会降低复合材料的力学性能。但当硼化钨的质量分数高于50％以上是，得到的样品材料存在明显的裂纹，力学性能不好，所以硼化钨的质量分数优选为0.5～50％，余量为钛元素。
[0036]行星球磨机中进行研磨加入的有机溶剂用量，要得混合物料成糊状，不能太稀，也不能太干。如果用量过少，混合物料太干，成块混料不均匀；如果用量过多，浆料变稀，物料容易分层，得到的混合粉体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硼化钨钛基核屏蔽复合材料，其特征在于，其包括硼化钨和钛元素，且在硼化钨与钛界面有针状的硼化钛增强相；其中硼化钨的质量分数在0.5～50％，钛元素的质量分数在50～99.5％，所述硼化钨为W2B、WB、WB2、W2B5、WB4或WB
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中的一种或者多种；所述钛元素来自钛粉、氢化钛粉或者钛合金。2.一种硼化钨钛基核屏蔽复合材料的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：S1、按设计的成分质量分数配比取硼化钨粉体和含钛的粉体进行混合，得混合粉体；S2、对步骤S1的混合粉体放入行星球磨机中，并添加有机溶剂和研磨介质，进行球磨混料，得到混合均匀的浆料；S3、将所得的浆料进行真空干燥，得到混合粉体；S4、将得到的复合粉体装入石墨模具中，然后置入真空热压炉中进行烧结，冷却得到致密的硼化钨钛基核屏蔽复合材料。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，设计的成分质量分数配比为硼化钨粉体占0.5～50％，余量为钛元素，其质量分数占50～99.5％；所述硼化钨粉体为W2B、WB、WB2、W2B5、WB4或WB
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中的一种或者多种；...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹晓舟，刘剑波，薛向欣，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：