[发明专利]一种高强钛基硼钨复合屏蔽材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高强钛基硼钨复合屏蔽材料，由以下质量百分数的原料制备而成：硼和/或碳化硼0.5%~1.5%，钨20.0%~40.0%，余量为钛，高强钛基硼钨复合屏蔽材料的拉伸强度高于900MPa；本发明还公开了一种高强钛基硼钨复合屏蔽材料的制备方法，将原料粉末混合研磨，再经烧结和冷却，得到复合屏蔽材料。本发明原料含有的硼元素和钨元素实现对中子和伽马射线的屏蔽，以钛为基体材料与硼和碳化硼生成的碳化钛和硼化钛，提升了复合屏蔽材料的力学强度；本发明通过烧结工艺去除残余气体，促进碳化钛和硼化钛生成，制得的复合屏蔽材料具有优良的屏蔽性能和力学性能，适用于高强环境下的核辐射屏蔽。

技术领域

本发明属于金属基复合材料制备技术领域，具体涉及一种高强钛基硼钨复合屏蔽材料及其制备方法。

背景技术

随着核能的广泛应用，核燃料使用后产生的高放射性废料对环境和生物造成严重的威胁。为了避免放射性废料的生态污染，必须对其进行安全存贮和相关处理，目前用的最多的核屏蔽材料为铝基碳化硼、铅、混凝土、含硼聚乙烯等材料，功能比较单一，且材料强度、服役温度均较低。

钛及钛合金具有比强度高、重量轻、耐腐蚀性好等一系列优异性能，使其成为了轻量化结构材料的理想基体。利用其特点，本发明提出了一种高强钛基硼钨复合屏蔽材料，该材料即具有中子屏蔽性能又具有伽马射线屏蔽功能，同时强度较常规辐射屏蔽材料得到了极大提高，有望用于各种核设施及核燃料处理过程中的辐射屏蔽。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供了一种高强钛基硼钨复合屏蔽材料。本发明制备原料中含有的硼元素和钨元素，在屏蔽中子的同时达到有效屏蔽伽马射线的效果，以钛作为基体材料，与硼或碳化硼反应生成碳化钛或硼化钛增强相，增强了钛基硼钨复合屏蔽材料的拉伸强度。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种高强钛基硼钨复合屏蔽材料，其特征在于，该高强钛基硼钨复合屏蔽材料由以下质量百分数的原料制备而成：硼和/或碳化硼0.5%~1.5%，钨20.0%~40.0%，余量为钛；所述高强钛基硼钨复合屏蔽材料的拉伸强度高于900MPa。

本发明的复合屏蔽材料，通过加入硼元素达到中子吸收的效果，通过加入钨元素达到屏蔽伽马射线的效果，同时，以钛作为基体材料，与硼或碳化硼反应生成碳化钛或硼化钛增强相，达到提升复合屏蔽材料拉伸强度性能的效果。因此，本发明制备出的高强钛基硼钨复合屏蔽材料具有良好的中子和伽马射线屏蔽性能，还具有显著的高强拉伸强度性能，耐腐蚀性和耐热性强，易加工，具有推广价值，适用于高强度环境下的核辐射屏蔽。

另外，本发明还提供了一种高强钛基硼钨复合屏蔽材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、按设计成分配比取硼粉末和/或碳化硼粉末、钨粉末及钛粉末混匀，得到混合粉末；

步骤二、将步骤一中得到的混合粉末进行混合研磨，得到复合粉末；

步骤三、将步骤二中得到的复合粉末填装在模具中，然后放置于放电等离子热压烧结炉中烧结，经冷却得到高强钛基硼钨复合屏蔽材料。

本发明将称取的硼粉末和/或碳化硼粉末，钨粉末和钛粉末的混合粉末进行混合研磨，得到复合粉末，经过放电等离子热压烧结，最后冷却得到高强钛基硼钨复合屏蔽材料。本发明通过放电等离子烧结，有利于去除组成粉末中的气体，提高复合屏蔽材料的组织均匀性，并有效破坏了粉末表层的氧化层，使各组分粉末直接形成有效连接，促进碳化钛和硼化钛的生成，在提高复合材料屏蔽性能的同时提高了其拉伸强度和耐热及耐腐蚀性能；本发明的烧结工艺程序均在放电等离子烧结设备中进行，操作工艺简单，步骤连续，减少了设备耗能，提高了制备效率和生产重复性。