[发明专利]一种高含钨量钨硼铝复合屏蔽板材的制备方法

说明书

本发明公开了一种高含钨量钨硼铝复合屏蔽板材的制备方法，通过三维混料、冷等静压、真空烧结及多道次热轧工艺，实现了高含量钨与铝基体、硼化物颗粒的复合成型；通过对原料粉末粒径及混料工艺的筛选调控，实现了高含量钨在铝基体中的均匀分散；与此同时，基于冷等静压、烧结、热轧等工艺间的协调优化，有效避免了高含量增强相带来的成型难度大、加工开裂等问题，复合材料的致密性得到显著提升；所制材料具有良好的屏蔽特性及力学性能。

技术领域

本发明涉及复合屏蔽材料技术领域，具体涉及一种高含钨量钨硼铝复合屏蔽板材的制备方法。

背景技术

核技术被广泛应用于国防、医疗、工业、农业等多个领域，对于推动我国社会经济和科学发展起到了至关重要的作用。然而，在带来巨大社会及经济效益的同时，核技术发展所面临的辐射、安全问题日益凸显：涉及核能的设施、设备运行，乏燃料贮存、运输等环节将不可避免的产生不同能级的中子、γ射线、X射线等辐射，对人类及其赖以生存的环境带来直接或间接的辐射危害；特别是对于核电产业而言，由于反应堆具有极强的核辐射，核电站运行所面临的核事故及泄露风险不容忽视。在核辐射射线中，中子和γ射线由于具有极强的穿透能力，小剂量辐射即能引起生物细胞DNA的不可逆损伤，器官功能失调甚至破坏等病变，因此开发兼具中子和γ射线屏蔽性能的综合屏蔽材料是核技术发展面临的迫切需求。

国内外相关单位围绕核辐射屏蔽材料的研究与应用开展了大量工作，相继开发出了屏蔽混凝土、铅硼聚乙烯、高硼钢等多种材料并成功应用于核电领域。然而，现有屏蔽材料中，混凝土的体积占比大，造型笨重且整体强度不足，难以满足核反应堆系统的减轻减容需求；铅硼聚乙烯使用高分子作为基体，耐热性较差，与此同时，采用铅作为γ射线屏蔽组元，环境友好性较差；而高硼铸钢依赖基体中的铁、铬、锰等元素实现γ射线屏蔽，与铅、钨等原子序数更大的元素相比，屏蔽性能有待进一步提升。

近年来，铝基复合材料由于具有屏蔽组元添加量可调范围宽、比重小、耐热性和力学性能良好等优势，成为核辐射屏蔽材料新的发展方向之一。通过向铝基体中添加含硼、含钨组分能够使材料对中子和γ辐射具有良好的防护作用。如中国专利(CN105803267 A)和专利(CN110527887A)先后公开了能够同时实现中子和γ射线屏蔽的含钨、含硼铝基复合材料及制备手段；然而，在优化材料屏蔽特性的同时，多组元的加入也对复合材料中屏蔽相粒子的分散性提出了更高要求，特别是对于高密度含钨组分而言，由于其与铝基体、含硼相密度间存在的巨大差异，实现屏蔽组元在铝基体中的良好分散是开发高性能屏蔽材料面临的重要挑战。与此同时，由于含钨、含硼相与铝合金在熔点上的巨大差异，复合屏蔽材料中，含钨、含硼相以增强体颗粒的形式弥散在铝基体中，在材料成型和致密化过程中不发生变形和熔化，仅能依靠基体变形粘结实现复合板材的制备。增强体颗粒较高的体积分数对复合体系的致密化工艺也提出了更高要求。目前，为了避免组分团聚形成孔隙等缺陷，现有的铝基综合屏蔽材料通常将含钨组分的体积分数控制在30％以下，制约了材料体系应用范围的进一步拓展。

发明内容

针对钨硼铝复合屏蔽体系，由于屏蔽组元与铝基体在密度、熔点上的巨大差异，实现多元体系的成分均匀性控制、制备获得致密复合板材是高性能综合屏蔽材料研发面临的关键挑战。本发明目的在于提供一种高含钨量钨硼铝复合屏蔽板材的制备方法，以解决上述技术难点。

本发明通过下述技术方案实现：

本方案提供一种高含钨量钨硼铝复合屏蔽板材的制备方法，包括步骤：

步骤一：按元素质量百分比和粒径筛选制备材料：铝粉或铝合金粉中的一种，金属钨粉及硼化物粉末；并对制备材料分别进行预热烘干处理；

步骤二：将烘干处理后的铝粉或铝合金粉和硼化物粉末在三维混料机中预先混合，再加入钨粉合并混合制备复合材料粉末；

步骤三：将复合材料粉末在等静压胶套中先脱气再冷等静压处理得到成型坯体；

步骤四：将成型坯体置于真空烧结炉中烧结处理制备复合烧结坯；