[发明专利]一种具有射线及中子综合屏蔽效果的钨硼层状材料

说明书

本发明公开一种具有射线及中子综合屏蔽效果的钨硼层状材料，属于屏蔽材料技术领域。该钨硼层状材料由钨或钨合金、渗硼层组成，其中渗硼层的厚度为38~45μm，硼以硼化物的形式存在于渗硼层中，钨合金为Ni、Cu、Nb、Co、Mo、Cr或C元素与钨元素组成的合金，其中钨质量百分比为85~99%。相比传统的钨及其合金材料，这种特殊的层状结构使钨硼复合材料对X射线，γ射线和中子均具有较为显著的屏蔽效果，同时具有强度高、硬度高、导电性好、耐腐蚀性优良等特点。

技术领域

本发明涉及一种具有射线及中子综合屏蔽效果的钨硼层状材料，属于屏蔽材料技术领域。

背景技术

核科学和技术实业的发展给人类带来了巨大的利益，但随之也对人类及其赖以生存的环境带来直接或间接的辐射危害。反应堆是核能源系统的核心部分，其中的核裂变会产生各种辐射射线如不同能级的中子、γ射线、二次γ射线、X射线及其他高能射线，对人体和环境造成破坏。为了防止或者减少辐射射线给人体和坏境带来的危害，要进行辐射防护，而辐射防护主要是依赖防辐射屏蔽材料的性能。防辐射屏蔽材料主要是对中子、X射线和γ射线等电离辐射有屏蔽作用的材料。目前应用最广的防辐射屏蔽材料是含有高原子序数铅（如铅、软铅、有机铅玻璃）和钡（如有机钡玻璃）的材料。

但是，随着核能源及各种核反应堆的发展，对防辐射屏蔽材料的要求越来越高。单一传统的屏蔽材料难以满足所有的防护要求，例如铅及其化合物有毒，且制备、使用和遗弃时会产生严重的环境污染，有机钡玻璃有具有表面硬度低、防辐射性能差等缺点。而现有的许多复合防辐射屏蔽材料又难以满足辐射防护对其他性能的综合要求，如力学性能、抗辐照性等。为了解决这些缺陷，提供一种具有力学强度，且对中子、X射线和γ射线等核辐射能进行有效防护的环境友好型屏蔽材料，是当前迫切需要解决的问题。

发明内容

针对现有核辐射屏蔽材料性能、应用范围不能兼顾的问题，本发明提供一种具有射线及中子综合屏蔽效果的钨硼层状材料，该钨硼层状材料具有力学强度，能够有效防护中子、X射线和γ射线等核辐射，对环境友好的特点；

一种具有射线及中子综合屏蔽效果的钨硼层状材料，由钨或钨合金、渗硼层组成，其中渗硼层的厚度为38~45μm；

所述钨合金为Ni、Cu、Nb、Co、Mo、Cr或C元素与钨元素组成的合金，其中钨质量百分比为85~99%；

本发明的钨硼层状材料通过渗硼法复合而成，所用渗硼剂包括供硼剂、还原剂和活化剂；

所述供硼剂为非定形硼粉、硼砂，所述还原剂为铝粉，所述活化剂为氯化钠或氯化钾。

本发明上述的具有射线及中子综合屏蔽效果的钨硼层状材料的制备工艺为：首先用洗油剂对试样表面进行清洗，然后砂纸打磨至2000^＃。 渗硼剂包括供硼剂（非定形硼粉和硼砂）、还原剂（铝粉），为了增加熔融渗硼剂的流动性，加入的少量活化剂（氯化钠），将以上试剂按硼粉和硼砂、还原剂（铝粉）、活化剂（氯化钠）的质量比为1:6:1:1~ 1:7:1:1的比例放入球磨机中混合均匀，将切割好的钨或钨合金基体材料埋入渗硼剂中，密封于刚玉坩埚中，在温度为1000~1300℃的工艺条件下进行高温渗硼处理 10~15h；取出的渗硼试样，室温冷却后放入热水中去除表面残留的渗硼剂及其他杂质即得具有射线及中子综合屏蔽效果的层状材料。