[发明专利]一种硼化钨钛基核屏蔽复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种硼化钨钛基核屏蔽复合材料及其制备方法，复合材料包括硼化钨和钛元素，且在硼化钨与钛界面有针状的硼化钛增强相。其制备方法是将将硼化钨粉体和含钛粉体混合，加入有机溶剂进行球磨混料，之后干燥，将干燥后的粉体放入石墨模具中，进行真空热压烧结得到致密的硼化钨钛基核屏蔽复合材料。本发明提供的硼化钨钛基核屏蔽复合材料的制备方法，在真空热压烧结过程中，钛会与硼化钨中的硼元素发生反应，在硼化钨于钛元素界面生成针状的硼化钛，在界面生成的硼化钛增强了硼化钨钛基复合材料的力学性能；其烧结温度低，成本大大降低。提供的硼化钨钛基核屏蔽复合材料，对于伽马射线和中子的屏蔽能力优于传统的铝基碳化硼/钨复合屏蔽材料。

技术领域

本发明涉及一种硼化钨钛基核屏蔽复合材料及其制备方法，属于核辐射防护复合材料制备及应用的技术领域。

背景技术

随着能源的不断枯竭和环境日益破坏，人类正在寻找一种清洁高效的能源来满足生产及生活的要求，核电站作为一种高效的能源设施，正在逐渐进入人们的视野，世界各国都在发展该种技术。而核电站在带给人类巨大能源的同时，也产生了很多射线，γ射线、中子射线等，其中γ射线、中子射线穿透力极强，并且会给人的身体造成极大的危害。核电站的核心结构核反应堆中，需要拥有很好的中子射线及γ射线屏蔽功能。因此，探索出一种具有良好中子射线及γ射线屏蔽能力的材料显得极为重要。

目前用于核屏蔽的材料多种多样，有水泥基核屏蔽材料，金属基核屏蔽材料，高分子基核屏蔽材料等等。但是都存在一些缺陷，如水泥基核屏蔽材料，体积和质量大，且不能移动和加工，金属基核屏蔽材料的大多数都只有单一的γ射线或者中子屏蔽能力，高分子核屏蔽材料对γ射线的屏蔽能力较弱，且耐热性不强，使用寿命较短。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种硼化钨钛基核屏蔽复合材料。该复合材料中含有硼化钨粒子和钛元素，其中，硼化钨粒子首先提供了W和B元素，W元素对伽马射线有很好的屏蔽性能，硼元素中的¹⁰B同位素有着很高的热中子宏观截面，所以硼化钨具有对γ射线和中子很好的综合屏蔽性能。其次硼化钨中硼会与钛元素反应在硼化钨与钛界面反应生成了针状硼化钛增强相，增强了钛基复合材料的力学性能。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种硼化钨钛基核屏蔽复合材料，其包括硼化钨和钛元素，且在硼化钨与钛界面有针状的硼化钛增强相；其中硼化钨的质量分数为0.5～50％，钛元素的质量分数为50～99.5％，所述硼化钨为W₂B、WB、WB₂、W₂B₅、WB₄或WB₁₂中的一种或者多种；所述钛元素来自钛粉、氢化钛粉。

一种硼化钨钛基核屏蔽复合材料的制备方法，其包括如下步骤：

S1、按设计的成分质量分数配比取硼化钨粉体和含钛的粉体进行混合，得混合粉体；

S2、对步骤S1的混合粉体放入行星球磨机中，并添加有机溶剂和研磨介质，进行球磨混料，得到混合均匀的浆料；

S3、将所得的浆料进行真空干燥，得到混合粉体；

S4、将得到的复合粉体装入石墨模具中，然后置入真空热压炉中进行烧结，冷却得到致密的硼化钨钛基核屏蔽复合材料。

如上所述的制备方法，优选地，在步骤S1中，设计的成分质量分数配比为硼化钨粉体占0.5～50％，余量为钛元素，其质量分数占50～99.5％；所述硼化钨粉体为W₂B、WB、WB₂、W₂B₅、WB₄或WB₁₂中的一种或者多种；所述含钛的粉体为钛粉、氢化钛粉或者钛合金。