[發明專利]輻射防護鋁基復合材料及其真空熱壓制備方法

無效

• 申請號: 200910072159.3
• 申請日: 2009-06-02
• 公開（公告）號: CN101565786A
• 公開（公告）日: 2009-10-28
• 發明（設計）人: 耿林;王慶偉;馮義成;范國華;王桂松;鄭鎮洙
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C22C21/00
• 分類號: C22C21/00;C22C32/00;C22C1/05;G21F1/08
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所
• 代理人: 韓末洙

技術領域

本發明涉及一種鋁基復合材料及其制備方法。

背景技術

航天電子器件在復雜的空間環境中，由于其中充滿各種高能帶電粒子和各波段的電磁輻射，如高能質子、電子、中子、離子和無線電波、微波、x射線等，會給航天電子器件帶來嚴重的輻照損傷和電磁干擾，是航天器故障和失效的重要誘因。隨著航天器中大規模集成電路和各種科研用電子相機等輻射敏感組件的廣泛使用以及載人航天和高科技有效載荷對高安全性、高可靠性和高精度的要求，對輻射防護和電磁屏蔽提出了新的、更高的要求。除了從微電子器件設計的角度采用各種抗輻射加固技術外，研究既能抗輻射、質輕，又具有一定機械性能的新型材料具有很重要的作用。

目前輻射防護材料有：鉛、鐵、鋇、鎢、紅土基陶瓷復合材料、樹脂基防護材料及BaPbO₃/2024Al復合材料等

鉛、鐵、鋇、鎢等密度和原子序數較大的金屬，這類材料的比重大，單純采用這些金屬作為輻射屏蔽材料會大大增加航天器的重量。

Amritphale等人將氧化鐵、氧化鈦、氧化鋁、氧化硅等氧化物通過燒結制備了一種紅土基陶瓷復合材料，這種材料在X射線能量低于250keV時具有良好的輻射防護性能，但其壓縮強度和沖擊韌性較差，密度達3.4g/cm³。

以天然橡膠為載體，加入一定比例的吸收X射線的金屬化合物(PbO、WO₃等)和輔助材料(如促進劑、防老劑等)，混煉硫化制成樹脂基防護材料；該類材料對X射線有良好的防護效果，但該類材料存在耐熱性差的問題，而且高分子材料在經受一定劑量的光子輻射之后，材料內部共價鍵發生斷裂，引起材料降解、老化，材料結構性能急劇下降，導致材料失效，嚴重制約了該類材料的應用。

現有的公開號為CN1766149A的中國專利公開了一種采用擠壓鑄造方法制備的以BaPb_1-xCe_xO₃(其中0≤x≤0.5)為增強相，Al為基體的復合材料，當x＝0時，增強相為BaPbO₃，隨著增強相的加入量從5vol％增加到15vol％，得到的鋁基復合材料對X射線的吸收率從12.35％增加至18.53％，對γ射線的吸收率從7.34％增加至8.21％，都呈現增大的趨勢，然而鋁基復合材料的抗拉強度卻從217MPa降低至105MPa，比其基體材料的強度還要低，對于鋁基復合材料來說，強度低則無法作為承載結構件使用；當0＜x≤0.5時，鋁基復合材料的增強相為“稀土鈰摻雜的鉛酸鋇微粉”，即BaPb_1-xCe_xO₃，該原料中的稀土鈰及制備過程中的采用200～1000MPa的高壓都使鋁基復合材料的成本增加。

采用擠壓鑄造方法制備了15％體積含量的BaPbO₃/2024Al復合材料，其時效后的抗拉強度僅有124MPa，比2024Al基體的(360MPa)還要低。

綜上，現有輻射防護材料雖然能夠滿足輻射防護性能的要求，但存在比重大、強度低、穩定性差的缺點，無法作為承載結構件使用。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有輻射防護材料存在的強度低的缺點；而提供一種輻射防護鋁基復合材料及真空熱壓制備該材料的方法。本發明的復合材料具有較強的X射線和γ射線屏蔽能力、比重輕、穩定性好和較高的抗拉強度，制備工藝簡單。

本發明的輻射防護鋁基復合材料由WO₃和Al基體通過高能球磨破壞原始鋁粉表面的氧化鋁殼層，使得WO₃微粉擠入鋁基體，原位反應得到WAl₁₂和Al₂O₃顆粒，生成的顆粒均勻分布鋁基體中制成，其中WO₃占WO₃和Al基體總體積的3～20％。