[發明專利]一種復合屏蔽材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201710899304.X
• 申請日: 2017-09-28
• 公開（公告）號: CN107767979A
• 公開（公告）日: 2018-03-06
• 發明（設計）人: 喬菁;武高輝;王智君
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G21F1/08
• 分類號: G21F1/08;B22D23/04
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所23109
• 代理人: 賈澤純

技術領域

本發明涉及一種屏蔽材料及其制備方法。

背景技術

隨著核技術的快速發展，核輻射的安全與防護問題也變得越來越重要。核反應堆運行時，堆芯會產生大量的α、β、γ、X等射線和質子、中子、重氫核、裂變產物輻射，其中γ射線和中子穿透能力最強，會對周邊人員和物體產生強烈的輻射損傷，是屏蔽的重點。

對中子的屏蔽吸收可分為快中子慢化和慢中子吸收兩步。一般輕元素材料(如含氫多的材料)如石蠟、聚乙烯、聚丙烯等材料是優良的快中子慢化材料，而石墨是目前反應堆中最常用的固體慢化材料，具有良好的慢化率，且具有熔點高、導熱性好、高溫強度好等特點。慢中子的吸收主要選擇對中子吸收截面較大的元素，常見元素有氦、鋰、釓、鎘、銪和硼10等。而對γ輻射屏蔽較好的材料為鉛、鎢及其他重金屬等。

目前使用較多的復合屏蔽材料主要包括鉛硼混凝土和鉛硼聚乙烯。鉛硼混凝土密度大、屏蔽效能不足；鉛硼聚乙烯材料的綜合屏蔽效果較好，但其使用溫度低，僅為80～100℃，在實際運用中發現，在含熱源的復合屏蔽場中，鉛硼聚乙烯雖然可短時間正常工作，但經過較長時間服役后，屏蔽材料塊體會發生變形，拼接縫寬度增加，從而使中子與γ射線大量泄漏，不能滿足對耐熱性有較高要求的復合屏蔽領域的使用要求。

發明內容

本發明是要解決現有鉛硼聚乙烯屏蔽材料耐熱性不足的問題，而提供一種復合屏蔽材料及其制備方法。

一種復合屏蔽材料為石墨基體與鉛合金的互滲體，其中石墨基體的體積百分數為40％～95％，鉛合金的體積百分數為5％～60％。

一種復合屏蔽材料的制備方法是按以下步驟完成的：

一、稱料：按體積分數稱取40％～95％的石墨塊和5％～60％的鉛合金；

二、裝填：將步驟一稱取的40％～95％的石墨塊裝入模具的型腔之內；

三、預熱：將石墨塊連同模具轉移至加熱爐中，將加熱爐的溫度從室溫升溫至300℃～450℃，在溫度為300℃～450℃的條件下保溫1h～4h，得到預熱的石墨塊；將步驟一稱取的5％～60％的鉛合金加熱至熔化，得到熔融的鉛合金；

四、澆鑄：將步驟三得到的預熱的石墨塊帶模具置于壓力機臺面上，將步驟三得到的熔融的鉛合金倒入模具內的預熱的石墨塊上；

五、加壓浸滲：通過壓力機施加壓力，使熔融的鉛合金浸滲到預熱的石墨塊的孔隙中；

六、保壓冷卻：待熔融的鉛合金完全浸滲到預熱的石墨塊中，保持該壓力并自然冷卻；

七、脫模，取出鑄錠，即為復合屏蔽材料。

本發明優點：

本發明采用石墨為中子慢化劑，鎘元素作為中子吸收劑，鉛元素作為γ射線吸收劑，采用擠壓鑄造的方法，實現石墨與鉛合金間的良好界面結合，制備出的復合屏蔽材料具有致密度高、耐熱性好、導電導熱性能好、使用溫度范圍廣、γ射線和中子輻射綜合屏蔽效果好的特點。此外，該復合材料易加工，并且可以通過選用不同孔隙率的石墨基體以及不同成分的鉛合金，調控其γ射線和中子屏蔽效能及力學性能，應用范圍廣。本發明提出的制備方法簡單，易操作，易控制，制備成本低。

附圖說明

圖1為實施例一得到的復合屏蔽材料的宏觀照片。

圖2為實施例一得到的復合屏蔽材料的微觀形貌圖。

圖3為實施例二得到的復合屏蔽材料的微觀形貌圖。

具體實施方式

具體實施方式一：本實施方式一種復合屏蔽材料為石墨基體與鉛合金的互滲體，其中石墨基體的體積百分數為40％～95％，鉛合金的體積百分數為5％～60％。

本實施方式所述復合屏蔽材料是將含鎘的鉛合金液浸滲到所述石墨基體的微孔內。

具體實施方式二：本實施方式與具體實施方式一不同的是：所述鉛合金為Pb-Cd合金、Pb-Cd-Sb合金、Pb-Cd-Sn合金、Pb-Cd-Bi合金、Pb-Cd-Sb-Sn合金和Pb-Cd-Bi-Sn合金中的一種或其中幾種的混合。其他與具體實施方式一相同。

具體實施方式三：本實施方式與具體實施方式一或二不同的是：所述石墨基體為石墨塊。其他與具體實施方式一或二相同。

具體實施方式四：本實施方式與具體實施方式一至三之一不同的是：所述石墨基體的密度為1.3g/cm³～2.25g/cm³。其他與具體實施方式一至三之一相同。

具體實施方式五：本實施方式一種復合屏蔽材料的制備方法是按以下步驟完成的：

一、稱料：按體積分數稱取40％～95％的石墨塊和5％～60％的鉛合金；