[发明专利]辐射防护铝基复合材料及其真空热压制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铝基复合材料及其制备方法。

背景技术

航天电子器件在复杂的空间环境中，由于其中充满各种高能带电粒子和各波段的电磁辐射，如高能质子、电子、中子、离子和无线电波、微波、x射线等，会给航天电子器件带来严重的辐照损伤和电磁干扰，是航天器故障和失效的重要诱因。随着航天器中大规模集成电路和各种科研用电子相机等辐射敏感组件的广泛使用以及载人航天和高科技有效载荷对高安全性、高可靠性和高精度的要求，对辐射防护和电磁屏蔽提出了新的、更高的要求。除了从微电子器件设计的角度采用各种抗辐射加固技术外，研究既能抗辐射、质轻，又具有一定机械性能的新型材料具有很重要的作用。

目前辐射防护材料有：铅、铁、钡、钨、红土基陶瓷复合材料、树脂基防护材料及BaPbO₃/2024Al复合材料等

铅、铁、钡、钨等密度和原子序数较大的金属，这类材料的比重大，单纯采用这些金属作为辐射屏蔽材料会大大增加航天器的重量。

Amritphale等人将氧化铁、氧化钛、氧化铝、氧化硅等氧化物通过烧结制备了一种红土基陶瓷复合材料，这种材料在X射线能量低于250keV时具有良好的辐射防护性能，但其压缩强度和冲击韧性较差，密度达3.4g/cm³。

以天然橡胶为载体，加入一定比例的吸收X射线的金属化合物(PbO、WO₃等)和辅助材料(如促进剂、防老剂等)，混炼硫化制成树脂基防护材料；该类材料对X射线有良好的防护效果，但该类材料存在耐热性差的问题，而且高分子材料在经受一定剂量的光子辐射之后，材料内部共价键发生断裂，引起材料降解、老化，材料结构性能急剧下降，导致材料失效，严重制约了该类材料的应用。

现有的公开号为CN1766149A的中国专利公开了一种采用挤压铸造方法制备的以BaPb_1-xCe_xO₃(其中0≤x≤0.5)为增强相，Al为基体的复合材料，当x＝0时，增强相为BaPbO₃，随着增强相的加入量从5vol％增加到15vol％，得到的铝基复合材料对X射线的吸收率从12.35％增加至18.53％，对γ射线的吸收率从7.34％增加至8.21％，都呈现增大的趋势，然而铝基复合材料的抗拉强度却从217MPa降低至105MPa，比其基体材料的强度还要低，对于铝基复合材料来说，强度低则无法作为承载结构件使用；当0＜x≤0.5时，铝基复合材料的增强相为“稀土铈掺杂的铅酸钡微粉”，即BaPb_1-xCe_xO₃，该原料中的稀土铈及制备过程中的采用200～1000MPa的高压都使铝基复合材料的成本增加。

采用挤压铸造方法制备了15％体积含量的BaPbO₃/2024Al复合材料，其时效后的抗拉强度仅有124MPa，比2024Al基体的(360MPa)还要低。

综上，现有辐射防护材料虽然能够满足辐射防护性能的要求，但存在比重大、强度低、稳定性差的缺点，无法作为承载结构件使用。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有辐射防护材料存在的强度低的缺点；而提供一种辐射防护铝基复合材料及真空热压制备该材料的方法。本发明的复合材料具有较强的X射线和γ射线屏蔽能力、比重轻、稳定性好和较高的抗拉强度，制备工艺简单。

本发明的辐射防护铝基复合材料由WO₃和Al基体通过高能球磨破坏原始铝粉表面的氧化铝壳层，使得WO₃微粉挤入铝基体，原位反应得到WAl₁₂和Al₂O₃颗粒，生成的颗粒均匀分布铝基体中制成，其中WO₃占WO₃和Al基体总体积的3～20％。