[發明專利]一種輻射屏蔽復合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202010044290.5
• 申請日: 2020-01-15
• 公開（公告）號: CN111205107A
• 公開（公告）日: 2020-05-29
• 發明（設計）人: 李遠兵;董成;羅瀚;賈文寶;李淑靜;陳若愚;向若飛
• 申請（專利權）人: 武漢科技大學
• 主分類號: C04B41/86
• 分類號: C04B41/86;G21F1/02;G21F1/06;C03C8/10;C03C6/04
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 張火春

本發明涉及一種輻射屏蔽復合材料及其制備方法。其技術方案是：將氣孔率為54.0～94.2vol％和常溫耐壓強度為304.8～456.2MPa的硼酸鋁多孔陶瓷塊置于氮化硼坩堝中，用含輻射屏蔽成分的玻璃屏蔽劑包埋，置于真空爐中，抽真空至1.33×10^?2Pa以下，升溫至1000～1300℃，保溫30～90分鐘；再依次以15～20℃/min速率降溫至600～800℃和5～10℃/min速率降溫至200～500℃，保溫；冷卻，切削和拋光處理，制得輻射屏蔽復合材料。所述含輻射屏蔽成分的玻璃屏蔽劑是將氧化硼、氧化鉍、氧化磷、氧化硅、氧化鉛、氧化鋇、氧化鋰和稀土金屬氧化物混合，經熔融、水淬和破碎即得。本發明所制制品耐壓強度高、屏蔽性能優異、耐水熱腐蝕性好和耐輻照性能優良。

技術領域

本發明屬于屏蔽材料技術領域。具體涉及一種輻射屏蔽復合材料及其制備方法。

背景技術

隨著傳統化石燃料的逐漸枯竭，發展高效清潔的新型能源一直是科研工作者關注的熱點問題。其中核能因為巨大的能源發展潛力，被科學家們視為未來最具有希望的清潔能源而成為研究的焦點，但是，其發展過程中伴隨而來的核安全問題同時也引起了人們的極大關注。核能射線通常出現在核能工業中，核能射線輻照到人體后，會致使人體產生某些不可逆轉的生物效應，對人體的傷害程度與被人體吸收的輻射劑量成正比；核能射線輻照到控制設備或者承載構件后，會使設備或承載構件的材料發生輻照失效，產生巨大的安全隱患。

目前，使用高效的輻射屏蔽材料去吸收衰減射線，是保證防護人員與設備安全的最好方式。射線屏蔽材料的設計要從兩個方面考慮：(1)如何更加有效地提升材料對射線的吸收能力；(2)如何在保證材料對射線吸收能力優良的前提下，同時滿足環境對材料力學性能、導熱性能以及抗侵蝕性能等多方面的要求。目前，輻射屏蔽材料主要存在以下問題：體積密度大、機械強度不高、抗侵蝕性能較差、制備工藝復雜且成本較高。因此，開發制備性能優異、價格低廉和生產成本低的輻射屏蔽材料的新型工藝已成為當今亟待解決的問題。

目前，制備輻射屏蔽材料的技術有：“輻射屏蔽鉛合金的配方”(CN201810476206.X)專利技術，公開了一種以鉛合金為主要原材料的多層異形嵌合結構輻射屏蔽材料，盡管該技術中的射線防護材料的屏蔽性能得到增強，并克服了鉛的二次軔致輻射，增強了輻射屏蔽材料的可塑性和韌性，但其不僅含鉛量過高會對人體、環境有不可避免的負面影響，且生產成本高；有文獻(王瑾等.三明治結構含鉛聚酰亞胺材料的制備與輻射屏蔽性能研究[J].高分子學報.2018,(4):507-514.)報道，采用離子交換法可以合成以化學方式鍵合鉛離子的二胺單體4,4'-二氨基-1,1'-聯二苯-2,2'-二磺酸鉛BDSA(Pb)，并與二胺單體4,4'-二氨基-二苯醚(ODA)、二酐單體均苯四甲酸酐(PMDA)在溶劑N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)中完成縮聚反應，并結合熱亞胺法和流延法逐層澆筑的工藝，制備出一系列側基鍵合鉛離子的三明治結構的聚酰亞胺復合材料PI(Pb)，該方法解決了傳統物理共混方法制備的復合材料中易出現的鉛元素分布不均勻、機械性能差的問題，制備的PI(Pb)復合材料對241Am(59.5keV)、238Pu(79.9、176.7keV)等中低能γ射線具有很好的屏蔽效果，但是其制備工藝過于繁瑣、有機物含量高、耐輻照老化性能差和耐高溫性能不佳；另有文獻(吳慶文等.鉛鋅尾礦制備防輻射混凝土的實驗研究[J].陶瓷學報.2018,39(6):769-775.)介紹了將福建大田地區的鉛鋅尾礦用于研制鉛鋅尾礦水泥混合材料，再用該水泥混合材料與重晶石等原料制備鉛鋅尾礦防輻射混凝土，不僅回收利用了污染環境的尾礦，還制得具有高附加值的制品，但其使用溫度低于80℃，且水泥的引入必然導致其抗水熱侵蝕性能不佳。

發明內容

本發明旨在克服現有技術缺陷，目的是提供一種生產成本低和工藝簡單的輻射屏蔽復合材料的制備方法，用該法所制備的輻射屏蔽復合材料的耐壓強度高、屏蔽性能優異、耐水熱腐蝕性好和耐輻照性能優良。

為實現上述目的，本發明所采用的技術方案的步驟是：