[發明專利]一種鋁/氟化鋁復合陶瓷中子慢化體及其制備方法

有效

• 申請號: 202011601529.0
• 申請日: 2020-12-29
• 公開（公告）號: CN112831678B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發明（設計）人: 張振昊;趙玉軍;孫海濱;張玉軍;高鵬
• 申請（專利權）人: 山東亞賽陶瓷科技有限公司
• 主分類號: C22C1/05
• 分類號: C22C1/05;C22C29/00;B22F3/14
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 張曉鵬

本發明公開了一種鋁/氟化鋁復合陶瓷中子慢化體及其制備方法，包括如下步驟：將Al粉、AlF₃粉和LiF粉按比例混合，并充惰性氣體保護，得混合粉料；將混合粉料裝入橡膠模具中，等靜壓壓制得坯體，將坯體進行加工后得到適于熱壓燒結的壓塊，或將混合粉料在壓機上模壓成壓塊；將壓塊進行熱壓燒結，得Al/AlF₃燒結體；將Al/AlF₃燒結體磨削、切割后，組合成為中子慢化體。

技術領域

本發明屬于材料制備與加工領域，具體涉及一種鋁/氟化鋁復合陶瓷中子慢化體及其制備方法。

背景技術

公開該背景技術部分的信息僅僅旨在增加對本發明的總體背景的理解，而不必然被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已經成為本領域一般技術人員所公知的現有技術。

硼中子俘獲治療(BNCT)技術是將具有選擇性的含¹⁰B藥物注射入人體血液，藥物富集于腫瘤細胞中，使用超熱中子束流照射病灶部位，¹⁰B吸收中子并放出高能量、短射程的α粒子和⁷Li離子，這些粒子可以在殺死腫瘤細胞的同時避免損傷正常組織細胞。在BNCT技術應用中，所需的超熱中子能量介于1eV～10keV之間，而反應堆的中子能譜一般為0～20MeV之間各種能量的混合譜，因此，需采用特殊設計的中子慢化材料進行過濾。

目前，鋁/氟化鋁(Al/AlF₃)復合材料是BNCT技術最常用的中子慢化材料，而致密、無氣孔Al/AlF₃中子慢化材料的燒結主要采用熱壓燒結或者熱等靜壓燒結工藝。

現有的中子慢化材料用于將高速中子，特別是裂變中子，慢化成超熱中子。該材料是含有20-50vol％的鋁和80-50vol％的氟化鋁的無氣孔致密復合材料，是通過熱等靜壓工藝制備的，制備的中子慢化件的典型尺寸為：700×1000×1000mm。熱等靜壓燒結成本高，而且采用目前技術，熱等靜壓不能制備大尺寸的陶瓷材料。該中子慢化體是由小塊體組裝而成的。

還有的中子慢化用Al/AlF₃復合材料是將AlF₃、Al按質量比1:1～9:1稱料混合，再加入燒結助劑并球磨、篩分；將粉料裝入熱壓模具進行熱壓燒結，制得Al/AlF₃復合材料。所采用的熱壓模具內部空間100mm×100mm，高度150mm。所制備的Al/AlF₃復合材料致密度在2.6g/cm³以上。

根據目前的設備技術，制備BNCT技術所需要的整體尺寸大于700×700×1000mm、致密的氟化鋁基中子慢化件是難以實現的，只能通過拼接實現慢化件的組裝。然而，接縫越少，越有利于實現中子的慢化作用和效果。

以Al粉、氟化鋁粉為原料熱壓燒結Al/AlF₃復合陶瓷慢化體制備過程中，往往存在如下問題：1)干法混料Al粉存在爆炸風險；2)真空或者惰性氣體保護熱壓燒結時，抽真空過程容易將部分粉體抽入真空系統；3)對于燒結尺寸較大塊體，容易出現燒結體密度不均勻的現象；4)通過小塊體拼接存在接縫多而影響中子慢化效果。

發明內容

針對上述現有技術中存在的技術問題，本發明的目的是提供一種鋁/氟化鋁復合陶瓷中子慢化體及其制備方法。

為了解決以上技術問題，本發明的技術方案為：

第一方面，本發明提供一種鋁/氟化鋁復合陶瓷中子慢化體的制備方法，包括如下步驟：

將Al粉、AlF₃粉和LiF粉按比例混合，并充惰性氣體保護，得混合粉料；

將混合粉料裝入橡膠模具中，等靜壓壓制得坯體，將坯體進行加工后得到適于熱壓燒結的壓塊；

將壓塊進行熱壓燒結，得Al/AlF₃燒結體；