一种碳化硼/铅复合防辐射材料、其制备方法及应用技术

本发明专利技术提供一种碳化硼/铅复合防辐射材料、其制备方法及应用，该材料包括碳化硼和铅，所述碳化硼占材料总体积分数45％

【技术实现步骤摘要】
一种碳化硼/铅复合防辐射材料、其制备方法及应用


[0001]本专利技术属于辐射防护
的新材料、新工艺，特别涉及一种碳化硼/铅复合防辐射材 料、其制备方法及应用，属于新型铅基碳化硼复合屏蔽材料的制备工艺范畴，旨在提供一种、 同时具有屏蔽γ射线和热中子复合防护材料的制备方法。

技术介绍

[0002]随着核能技术的广泛应用以及电子科学技术的发展，辐射防护越来越受到人们的关注， 辐射防护目前主要依赖于屏蔽材料的应用和发展。传统的屏蔽材料如铅、碳化硼、不锈钢等 由于屏蔽性能单一、使用灵活性较低等原因已不能适应实际应用的需要。铅具有X射线和γ射 线等不易穿透、塑性好等优点，广泛用于化工、电缆、蓄电池和放射性防护等工业部门。
[0003]碳化硼同位素B
‑
10具有对核聚变产生的中子俘获截面大，吸收能力强，俘获能谱宽，以 及热稳定性好、耐腐蚀、造价低等优点，并且因为B4C颗粒不含放射性同位素，二次射线能量 低，其材料本身不会产生辐射污染，因此这种材料常被加工成中子吸收板应用于核能防护领 域。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术中的缺陷，本专利技术开创性的提出了将具有X、γ射线屏蔽能力的高Z 值铅与具有中子屏蔽能力的低Z值碳化硼有效复合，制备出具有对多种粒子防辐射能力的全 新材料。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案一种多孔陶瓷预制体的制备方法，其包 括以下步骤，将石蜡加热成液态，将碳化硼颗粒、磷酸二氢铝粉体与液态石蜡充分混合，所 述碳化硼颗粒、磷酸二氢铝粉体与液态石蜡的重量比为100：(6
‑
9):(5
‑
8)，将冷却块状固 体混合物造粒，过30目分样筛；进行干粉压制、机械振实、注浆成型方式中的一种或几种成 型，成型后在真空环境下进行烧结。
[0006]优选的，所述烧结，其温度曲线如下：室温下以升温速度4.5℃/min，升温时间50 min
→
240℃恒温恒持时间20min
→
以升温速度11℃/min升温时间20min，至460℃
→
460℃ 下恒持恒温20min
→
以升温速度12℃/min，升温时间40min至940℃
→
940℃下恒温20 min
→
负压随炉冷却至室温。
[0007]优选的，所述烧结，其炉内负压曲线如下：时间0min炉内气压0.2atm
→
恒定压力时 间50min
→
0.4atm时间20min
→
恒定压力30min
→
0.7atm时间20min
→
恒定压力时 间40min
→
0.9atm时间20min
→
恒定压力120min
→
1atm时间60min，炉内充入惰性气 体氩气调整气压。
[0008]本专利技术还提供一种用多孔陶瓷预制体制备碳化硼/铅复合防辐射材料，其特征在于：所述 复合防辐射材料包括碳化硼和铅，所述碳化硼占材料总体积分数45％
‑
80％。
[0009]优选的，包括以下步骤，采用真空气体压力浸渗方法将铅浸渗到所述多孔陶瓷预
制体内， 得到铅碳化硼铸件；将所述铅碳化硼铸件进行热处理，即可。
[0010]优选的，所述真空气体压力浸渗方法，其为将铅和多孔陶瓷预制体分别装入工装中，设 置复合曲线：小于100Pa的负压
→
以升温速度8℃/min升温，至390℃
→
加压至压力5.8MPa， 恒温恒压保持30min
→
泄压
→
随炉冷却至室温。
[0011]优选的，所述热处理，其为以10℃/小时的升温速度升温至200℃，恒温2.5小时，空冷 至室温。
[0012]本专利技术还提供一种碳化硼/铅复合防辐射材料的应用，通过对所述复合防辐射材料表面进 行金属化镀覆处理，提升铅碳化硼可焊性和三防性能。
[0013]优选的，所述进行金属化镀覆处理，其步骤依次为喷砂
→
酸洗
→
水洗
→
活化
→
水洗
→
化 学镍
→
水洗
→
烘干。
[0014]本专利技术主要步骤如下：
[0015]第一步：粉体或浆料制备；
[0016]第二步：混料粉经一定的工序制备的浆料或粉料制成碳化硼陶瓷生坯；
[0017]第三步：碳化硼坯体烧制工序，烧结炉进气、出气口增设气压控制阀，对烧制不同阶段 作对应的负压(小于一个标准大气压，＜1atm)曲线设计，较好匹配脱脂、烧制工艺的实际 需求，缩短烧制周期，以达成快速烧结目的；
[0018]第四步：将烧制成型的碳化硼坯体放入复合工装内，如图1；
[0019]第五步：将铅金属和近成型碳化硼预制件放入专用随型石墨或钢制等材质模具中，并将 装配好的模具一同装入浸渗设备炉膛中，设定复合工艺路线：
①
抽真空至气压小于100Pa；
ꢀ②
加热至390℃以上并维持温度；
③
充入惰性气体至气压大于0.2MPa；
④
保持恒定气压 大于0.2MPa不低于5min；
⑤
控制炉内温度降至室温；
⑥
气压降至标准大气压；
[0020]第六步：待气压降至大气压后，开启炉门，取出工装；
[0021]第七步：根据产品图纸要求对热处理后铅碳化硼铸件进行最终内外型面的机械加工；
[0022]第八步：为拓宽铅碳化硼应用适用性，可对铅碳化硼成品进行表面金属化镀覆工艺处理， 提升铅碳化硼可焊性和三防性能。
[0023]本专利技术的有益效果：
[0024]1、本专利技术提供一种重量轻、力学和机加性能优异，铅和碳化硼含量可调(碳化硼含量(陶 瓷体分)45％～80％，任意可调)，无需引入其他非屏蔽防护材料，屏蔽效率至少提升40％；力 学性能方面，本专利技术中碳化硼陶瓷件，密度(g/cm3)：4.7
‑
7.8；抗弯强度(MPa)：151
‑
270； 弹性模量(GPa):138
‑
244；导热系数(W/(m
·
K))[25℃]：:5.6
‑
73.9；线膨胀系数(
×
10
‑6/K) [20℃]：7.3
‑
16.5。
[0025]2、本专利技术工艺步骤主要包含配料、坯体成型、烧结、浸渗、机械加工，避免了工序复杂、 设备昂贵、生产周期长以及耗能高的缺点，并且还具有产品致密、性能优异、操作简单和成 本低的优点，适用于多种金属和陶瓷颗粒复合材料制备过程实施。
[0026]3、本专利技术中碳化硼陶瓷采用负压快速烧结工艺，相比常压(1atm)烧结不仅烧制周期 缩短70本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多孔陶瓷预制体的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，将石蜡加热成液态，将碳化硼颗粒、磷酸二氢铝粉体与液态石蜡充分混合，所述碳化硼颗粒、磷酸二氢铝粉体与液态石蜡的重量比为100：(6
‑
9):(5
‑
8)，将冷却块状固体混合物造粒，过30目分样筛；进行干粉压制、机械振实、注浆成型方式中的一种或几种成型，成型后在真空环境下进行烧结。2.根据权利要求1所述的多孔陶瓷预制体的制备方法，其特征在于：所述烧结，其温度曲线如下：室温下以升温速度4.5℃/min，升温时间50min
→
240℃恒温恒持时间20min
→
以升温速度11℃/min升温时间20min，至460℃
→
460℃下恒持恒温20min
→
以升温速度12℃/min，升温时间40min至940℃
→
940℃下恒温20min
→
负压随炉冷却至室温。3.根据权利要求1所述的多孔陶瓷预制体的制备方法，其特征在于：所述烧结，其炉内负压曲线如下：时间0min炉内气压0.2atm
→
恒定压力时间50min
→
0.4atm时间20min
→
恒定压力30min
→
0.7atm时间20min
→
恒定压力时间40min
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0.9atm时间20min
→
恒定压力120min
→
1atm时间60min，炉...

【专利技术属性】
技术研发人员：王成，杨建荣，何岚，王子超，
申请(专利权)人：杭州陶飞仑新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：