[发明专利]一种莫来石/刚玉基乏燃料贮运用中子屏蔽泡沫陶瓷及其制备方法

说明书

本发明涉及一种莫来石/刚玉基乏燃料贮运用中子屏蔽泡沫陶瓷及其制备方法，先将夕线石和氧化铝微粉、高岭土、添加剂、羧乙基纤维素、羧甲基纤维素、聚羧酸盐、乙醇和去离子水混匀，制得浆体Ⅰ；将氧化钆微粉、夕线石、氧化铝微粉、聚丙烯酸酯、乙醇和去离子水混匀，制得浆体Ⅱ；将聚氨酯海绵浸渍于浆体Ⅰ中，制备得到泡沫陶瓷预制体；用浆体Ⅱ对泡沫陶瓷预制体进行真空浸渍，经处理得到莫来石/刚玉基乏燃料贮运用中子屏蔽乏泡沫陶瓷坯体，最后制得莫来石/刚玉基乏燃料贮运用中子屏蔽泡沫陶瓷。本发明制备的莫来石/刚玉基乏燃料贮运用中子屏蔽泡沫陶瓷工艺简单、成本低廉、体积密度小、强度高、耐高温、具备优异的耐化学侵蚀性和中子屏蔽性能。

技术领域

本发明属于泡沫陶瓷技术领域，具体涉及一种莫来石/刚玉基乏燃料贮运用中子屏蔽泡沫陶瓷及其制备方法。

背景技术

随着科学技术的快速发展，近年来，核能和核技术的应用得到了迅猛发展。传统的中子屏蔽材料已无法完全满足核动力舰船或可移动式放射源的防护要求，如传统含铅屏蔽材料对中子屏蔽效果差并且污染环境危害人类身体健康；屏蔽混凝土体积庞大难以移动且抗侵蚀性能差；硼元素的热中子吸收性能会随着与中子反应而递减等缺点。因此，研发体积密度小、物理性能优良、屏蔽效果好、环境友好型的防辐射材料已成为亟待解决的问题。本发明采用的中子吸收材料是氧化钆微粉。钆具有极高的热中子吸收截面，钆的同位素吸收截面分别为Gd-155(60600b)、Gd-157(139000b)，因而是一种优良的中子吸收材料。

泡沫陶瓷因其具有独特的三维连同曲孔网状骨架结构，使其具有高达80～90％的开气孔率，其质量轻，力学性能强而被广泛的应用航空航天、催化吸附、耐火隔热等行业。但是，有机泡沫浸渍法所制备的泡沫陶瓷由于在煅烧过程中聚氨酯分解形成了中空孔筋以及在陶瓷基孔筋表面产生大量的缺陷，至使泡沫陶瓷的力学性能变差。

目前技术人员为制备高性能辐射屏蔽材料等问题进行了深入的研究和技术开发：

“一种中子吸收材料及其制备方法”(CN201510701250)的专利技术，公开了一种以碳化硼、中子吸收剂、铝及铝合金制备的主要针对乏燃料贮存用中子屏蔽的复合材料。该方法在一定程度上保证了中子屏蔽效率的基础上提高了复合材料塑性，并且提高了生产效率。但其主要缺陷是：(1)工艺复杂，成品率低；(2)在湿法存贮中耐腐蚀性不强；(3)体积密度较大。

“中子屏蔽材料及制备工艺”(ZL201210156866)的专利技术，公开了一种以超高分子量聚乙烯，硼化合物，硬脂酸或其盐，偶联剂等在搅拌机中混炼，搅拌均匀。在磨具中加热至200℃，置于模具中，加压、成型、脱模、冷却即可制备中子屏蔽材料。该方法在一定程度上减少了生产成本并提高了使用寿命。但其主要缺陷是：(1)机械性能不高；(2)使用温度低；(3)耐腐蚀能力较弱；(4)抗辐照老化能力差；(5)体积密度较大。

发明内容

本发明旨在克服现有技术缺陷，制备出莫来石/刚玉基乏燃料贮运用中子屏蔽泡沫陶瓷。目的是提供一种制备出莫来石/刚玉基乏燃料贮运用中子屏蔽泡沫陶瓷及其制备方法，用该方法制备的莫来石/刚玉基乏燃料贮运用中子屏蔽泡沫陶瓷体积密度小、强度高、优良的抗热震性能、耐高温、耐腐蚀性能强并对热中子有良好的屏蔽效果，可以应用到中子场辐射环境下，尤其适合乏燃料贮存，运输用格架及容器材料。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种莫来石/刚玉基乏燃料贮运用中子屏蔽泡沫陶瓷，其制备方法包括以下步骤：

步骤一、将50～70份质量的夕线石、15～30份质量的氧化铝微粉、10～20份质量的高岭土和3～5份质量的添加剂混合，得混合粉Ⅰ；再向混合粉Ⅰ中加入0.3～2.1份质量的羧乙基纤维素、0.3～1.5份质量的羧甲基纤维素、0.2～1.2份质量的聚羧酸盐、0.1～1.5份质量的乙醇和20～45份质量的去离子水，球磨1～1.5h，制得浆体Ⅰ；