CN104310399B - 一种碳化硼中子吸收体加工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种制备用于吸收杂散中子的中子吸收体的工艺，尤指一种原料来源广、加工成本低、工艺简单且加工成品应用于准直器内部有效吸收杂散中子的一种碳化硼中子吸收体加工工艺，所述的加工工艺包括以下步骤：1）选取原料，2）选取模具，3）搅拌原料，4）加压填模，5）固化成型，6）脱模成型；本发明的碳化硼中子吸收体的原料容易获取，所采用的加工工艺步骤简单，一般采用冷压成型即可，成本大大降低，成型过程不存在难题，在热压的情况下更能大大缩短成型或固化时间，提高固化速度，提高产率，本发明加工所得的碳化硼中子吸收体可达到很好的吸收中子效果，是一种适用于工业发展并能带来长期经济效益的碳化硼中子吸收体加工工艺。
Description
技术领域
本发明涉及一种制备用于吸收杂散中子的中子吸收体的工艺，尤指一种原料来源广、加工成本低、工艺简单且加工成品应用于准直器内部有效吸收杂散中子的一种碳化硼中子吸收体加工工艺。
背景技术
中子和X射线都是人类探索物质微观结构的有力手段，中子不带电、具有磁矩、穿透性强、能分辨轻元素、同位素和近邻元素，且有对样品的非破坏性的特点，因此中子不仅可探索物质静态微观结构，还能研究其动力学机制，目前，中子散射技术在生物、生命、医药等研究领域发挥着X射线无法取代的作用，中子散射技术在中子谱仪中进行，对于中子谱仪的正常运行以及谱仪的分辨率等性能参数的提高，作为其关键部件之一的中子准直器起着重要作用；放射状中子准直器的主要作用之一就是减少通过准直器内部腔体的中子的损失，实现这一作用的方法是在腔体抽真空或者在腔体内通入一定的气体环境（氦气或者氩气）；其另一主要方法是利用附着在准直器内壁上的中子吸收体吸收背景中子，因此要保证腔体的真空变形并不会对中子吸收体的附着造成影响，并且不会造成插片偏离物理平面，阻挡有效中子。
常用的中子吸收材料包括硼、钆和镉等，由于多数的位置灵敏探测器对于中子和伽马射线的区分能力比较弱，中子与钆元素的核反应主要为n-γ反应，吸收中子放出伽马射线，不利于后端位置灵敏探测器的中子探测，而中子与硼元素的核反应主要为n-α反应，并不会对探测器的探测带来很多的不利因素，因此可以选择碳化硼材料作为放射状的中子准直器的中子吸收体材料；常见的中子吸收体有碳化硼陶瓷板，碳化硼-铝复合材料板，碳化硼粉末混合胶体冷压成型板以及碳化硼粉末painting方式等。
在常见的中子吸收体的制备方法中，碳化硼粉末混合胶体冷压成型板含有较多的环氧类胶体，构成含有较多的氢和氧元素，直接造成杂散的散射；碳化硼粉末painting的方式同样需要引入环氧类胶体，工序较为繁琐，并且加工厚度受限制，且受辐照易发生失效；铝基的碳化硼复合材料、碳化硼陶瓷材料的加工难度较高，且焊接能力有待验证，同时掺杂的碳化硼含量少，同样在厚度要求方面受限制，且现阶段该类材料的价格较为昂贵，并且一般需要从国外进口，因此需要一种原料来源广、原料价格低、加工难度低的可有效在准直器内部充分吸收杂散中子的中子吸收体。
发明内容
为解决上述问题，本发明旨在公开一种制备用于吸收杂散中子的中子吸收体的工艺，尤指一种原料来源广、加工成本低、工艺简单且加工成品应用于准直器内部有效吸收杂散中子的一种碳化硼中子吸收体加工工艺。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种碳化硼中子吸收体加工工艺，所述的碳化硼中子吸收体加工工艺主要包括以下步骤：
1）选取原料：
碳化硼粉末：500μm粗颗粒粉末62份；
碳化硼粉末：100μm细颗粒粉末17份；
胶体15份；
固化剂6份；
2）选取模具：选用材质为聚乙烯的模具；
3）搅拌原料：
将62份碳化硼粗颗粒粉末与17份碳化硼细颗粒粉末倒入一号容器中混合搅拌，取50%的混合粉末置于二号容器中，往二号容器中加入8份胶体和3份固化剂，通过搅拌机将二号容器的混合物搅拌成浆体，然后将一号容器剩余的50%的混合粉末添加入二号容器的浆体中，同时加入7份胶体和3份固化剂，再通过搅拌机将混合物充分搅拌，直至搅拌为均匀浆体；
4）加压填模：
首先，在选取的模具的内壁均匀地涂覆一层凡士林，然后将步骤3）的浆体填入模具中，填模的同时对浆体进行加压，并使浆体表面保持平整，直至填入的浆体为密实状态，最后通过螺钉固定并锁紧模具；
5）固化成型：
进行固化时，将模具置于重物压力下进行均匀加压，在室温环境下进行自然固化，时间为4-8小时；
6）脱模成型：
打开模具，将已经固化的成型体从模具中取出，擦除成型体表面的凡士林残留剂，将成型体放置在100℃的烤箱中进行加热使凡士林残留剂挥发，得到干净的碳化硼中子吸收体。
一种碳化硼中子吸收体加工工艺，所述的碳化硼中子吸收体加工工艺主要包括以下步骤：
1）选取原料：
碳化硼粉末：500μm粗颗粒粉末62份；
碳化硼粉末：100μm细颗粒粉末17份；
胶体16份；
固化剂7份；
2）选取模具：选用材质为聚乙烯的模具；
3）搅拌原料：
将62份碳化硼粗颗粒粉末与17份碳化硼细颗粒粉末倒入三号容器中混合搅拌，然后将16份胶体与7份固化剂倒入四号容器中均匀搅拌得混合粘接剂，混合均匀的混合粘接剂可维持2-4小时不固化；取三号容器中的60%混合粉末置于五号容器中，再往五号容器滴加四号容器中的60%混合粘接剂，在滴加混合粘接剂的同时对混合粉末与混合粘接剂的混合物进行搅拌，直至搅拌为浆体后，再往五号容器中加入剩余的40%混合粉末，继续滴加剩余的40%混合粘接剂，同时使用搅拌机对混合粉末与混合粘接剂的混合物进行充分搅拌，直至搅拌为均匀浆体；
4）加压填模：
首先，在选取的模具的内壁均匀地涂覆一层凡士林，然后将步骤3）的浆体填入模具中，填模的同时对浆体进行加压，并使浆体表面保持平整，直至填入的浆体为密实状态，最后通过螺钉固定并锁紧模具；
5）固化成型：
进行固化时，将模具置于重物压力下进行均匀加压，并对模具进行加热处理，加热时间为1.8-2.5小时；
6）脱模成型：
打开模具，将已经固化的成型体从模具中取出，擦除成型体表面的凡士林残留剂，将成型体放置在干燥通风处使凡士林残留剂自然挥发，形成干净的碳化硼中子吸收体。
所述的步骤2）选取的模具材质可以为聚乙烯，或者为聚四氟乙烯。
所述的步骤5）的加热处理温度可以为90-100℃。
本发明的有益效果体现在：本发明应用在中子谱仪的准直器内部在中子散射技术进行时可使杂散中子被充分吸收，本发明的碳化硼中子吸收体的加工原料容易获取，原料主要包括有碳化硼粉末、胶体和固化剂，步骤1）所述的原料成分控制了因胶体而产生的氢元素成分，克服了过多的氢元素影响中子吸收的缺陷，达到不影响中子准直器内部中子吸收又能使胶体和碳化硼粉末充分搅拌均匀的目的，使得中子谱仪的准直器内部中子散射时杂散中子可得到碳化硼中子吸收体的充分阻挡并吸收。
本发明所采用的加工工艺步骤简单，采用的原料逐步搅拌方法可使原料与胶体之间充分搅拌均匀；填模成型时一般采用冷压成型即可，成本大大降低，成型过程不存在难题，在加热的情况下更能大大缩短成型或固化时间，提高固化速度，提高产率，重压成型时，压力的提供来源于模具的锁紧力以及外物的重力均匀压力，便能达到良好的成型效果。
同时本发明所选用的模具对成型物质的黏附性低，脱模时可快速脱模，不影响碳化硼中子吸收体的成型效果，也有力地保护模具，延长模具使用寿命。
本发明可克服了现阶段使用的碳化硼陶瓷材料价格较为昂贵、原料较难获取、加工程序较为复杂的缺点，且本发明加工所得的碳化硼中子吸收体可达到碳化硼陶瓷材料能达到的效果或达到更好效果，是一种适用于工业发展并能带来长期经济效益的碳化硼中子吸收体加工工艺。
具体实施方式
下面详细说明本发明的具体实施方式：
实施例一
一种碳化硼中子吸收体加工工艺，所述的碳化硼中子吸收体加工工艺主要包括以下步骤：
1）选取原料：
碳化硼粉末：500μm粗颗粒粉末62份；
碳化硼粉末：100μm细颗粒粉末17份；
胶体15份；
固化剂6份；
2）选取模具：选用材质为聚乙烯的模具；选取的模具材质可以为聚乙烯，或者为聚四氟乙烯；选用此类材质的模具因其材料性能主要为附着力不强，因此其他物质对这种模具的黏附性降低，脱模时可快速脱模，不影响碳化硼中子吸收体的成型效果，也有力地保护模具，延长模具使用寿命；
3）搅拌原料：将62份碳化硼粗颗粒粉末与17份碳化硼细颗粒粉末倒入一号容器中混合搅拌，取50%的混合粉末置于二号容器中，往二号容器中加入8份胶体和3份固化剂，通过搅拌机将二号容器的混合物搅拌成浆体，然后将一号容器剩余的50%的混合粉末添加入二号容器的浆体中，同时加入7份胶体和3份固化剂，再通过搅拌机将混合物充分搅拌，直至搅拌为均匀浆体；
4）加压填模：首先，在选取的模具的内壁均匀地涂覆一层凡士林，凡士林有助于脱模时加快脱模速度，然后将步骤3）的浆体填入模具中，填模的同时对浆体进行加压，并使浆体表面保持平整，直至填入的浆体为密实状态，最后通过螺钉固定并锁紧模具，压力的提供来源于模具的锁紧力；
5）固化成型：进行固化时，将模具置于重物压力下进行均匀加压，在室温环境下进行自然固化，时间为4-8小时；放置在重物之下进行加压，从而保证碳化硼固化的压力，可以更好提高碳化硼的致密度，而压力的大小及是否均匀都会影响到成型效果，因此压力要均匀分布；
6）脱模成型：打开模具，可使用螺丝刀或其他工具将已经固化的成型体从模具中取出，擦除成型体表面的凡士林残留剂，将成型体放置在100℃的烤箱中进行加热使凡士林残留剂挥发，得到干净的碳化硼中子吸收体。
实施例二
一种碳化硼中子吸收体加工工艺，所述的碳化硼中子吸收体加工工艺主要包括以下步骤：
1）选取原料：
碳化硼粉末：500μm粗颗粒粉末62份；
碳化硼粉末：100μm细颗粒粉末17份；
胶体16份；
固化剂7份；
2）选取模具：选用材质为聚乙烯的模具；选取的模具材质可以为聚乙烯，或者为聚四氟乙烯；选用此类材质的模具因其材料性能主要为附着力不强，因此其他物质对这种模具的黏附性降低，脱模时可快速脱模，不影响碳化硼中子吸收体的成型效果，也有力地保护模具，延长模具使用寿命；
3）搅拌原料：
将62份碳化硼粗颗粒粉末与17份碳化硼细颗粒粉末倒入三号容器中混合搅拌，然后将16份胶体与7份固化剂倒入四号容器中均匀搅拌得混合粘接剂，混合均匀的混合粘接剂可维持2-4小时不固化；取三号容器中的60%混合粉末置于五号容器中，再往五号容器滴加四号容器中的60%混合粘接剂，在滴加混合粘接剂的同时对混合粉末与混合粘接剂的混合物进行搅拌，直至搅拌为浆体后，再往五号容器中加入剩余的40%混合粉末，继续滴加剩余的40%混合粘接剂，同时使用搅拌机对混合粉末与混合粘接剂的混合物进行充分搅拌，直至搅拌为均匀浆体；
4）加压填模：
首先，在选取的模具的内壁均匀地涂覆一层凡士林，凡士林有助于脱模时加快脱模速度，然后将步骤3）的浆体填入模具中，填模的同时对浆体进行加压，并使浆体表面保持平整，直至填入的浆体为密实状态，最后通过螺钉固定并锁紧模具，压力的提供来源于模具的锁紧力；
5）固化成型：
进行固化时，将模具置于重物压力下进行均匀加压，并对模具进行加热处理，加热处理温度可以为90-100℃，加热时间为1.8-2.5小时；放置在重物之下进行加压，从而保证碳化硼固化的压力，可以更好提高碳化硼的致密度，而压力的大小及是否均匀都会影响到成型效果，因此压力要均匀分布；
6）脱模成型：
打开模具，可使用螺丝刀或其他工具将已经固化的成型体从模具中取出，擦除成型体表面的凡士林残留剂，将成型体放置在干燥通风处使凡士林残留剂自然挥发，形成干净的碳化硼中子吸收体。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明的技术范围作任何限制，本行业的技术人员，在本技术方案的启迪下，可以做出一些变形与修改，凡是依据本发明的技术实质对以上的实施例所作的任何修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (3)
1.一种碳化硼中子吸收体加工工艺，其特征在于：所述的碳化硼中子吸收体加工工艺主要包括以下步骤：
1）选取原料：
碳化硼粉末：500μm粗颗粒粉末62份；
碳化硼粉末：100μm细颗粒粉末17份；
胶体15份；
固化剂6份；
2）选取模具：选用材质为聚乙烯的模具；
3）搅拌原料：
将62份碳化硼粗颗粒粉末与17份碳化硼细颗粒粉末倒入一号容器中混合搅拌，取50%的混合粉末置于二号容器中，往二号容器中加入8份胶体和3份固化剂，通过搅拌机将二号容器的混合物搅拌成浆体，然后将一号容器剩余的50%的混合粉末添加入二号容器的浆体中，同时加入7份胶体和3份固化剂，再通过搅拌机将混合物充分搅拌，直至搅拌为均匀浆体；
4）加压填模：
首先，在选取的模具的内壁均匀地涂覆一层凡士林，然后将步骤3）的浆体填入模具中，填模的同时对浆体进行加压，并使浆体表面保持平整，直至填入的浆体为密实状态，最后通过螺钉固定并锁紧模具；
5）固化成型：
进行固化时，将模具置于重物压力下进行均匀加压，在室温环境下进行自然固化，时间为4-8小时；
6）脱模成型：
打开模具，将已经固化的成型体从模具中取出，擦除成型体表面的凡士林残留剂，将成型体放置在100℃的烤箱中进行加热使凡士林残留剂挥发，得到干净的碳化硼中子吸收体。
2.一种碳化硼中子吸收体加工工艺，其特征在于：所述的碳化硼中子吸收体加工工艺主要包括以下步骤：
1）选取原料：
碳化硼粉末：500μm粗颗粒粉末62份；
碳化硼粉末：100μm细颗粒粉末17份；
胶体16份；
固化剂7份；
2）选取模具：选用材质为聚乙烯的模具；
3）搅拌原料：
将62份碳化硼粗颗粒粉末与17份碳化硼细颗粒粉末倒入三号容器中混合搅拌，然后将16份胶体与7份固化剂倒入四号容器中均匀搅拌得混合粘接剂，混合均匀的混合粘接剂可维持2-4小时不固化；取三号容器中的60%混合粉末置于五号容器中，再往五号容器滴加四号容器中的60%混合粘接剂，在滴加混合粘接剂的同时对混合粉末与混合粘接剂的混合物进行搅拌，直至搅拌为浆体后，再往五号容器中加入剩余的40%混合粉末，继续滴加剩余的40%混合粘接剂，同时使用搅拌机对混合粉末与混合粘接剂的混合物进行充分搅拌，直至搅拌为均匀浆体；
4）加压填模：
首先，在选取的模具的内壁均匀地涂覆一层凡士林，然后将步骤3）的浆体填入模具中，填模的同时对浆体进行加压，并使浆体表面保持平整，直至填入的浆体为密实状态，最后通过螺钉固定并锁紧模具；
5）固化成型：
进行固化时，将模具置于重物压力下进行均匀加压，并对模具进行加热处理，加热时间为1.8-2.5小时；
6）脱模成型：
打开模具，将已经固化的成型体从模具中取出，擦除成型体表面的凡士林残留剂，将成型体放置在干燥通风处使凡士林残留剂自然挥发，形成干净的碳化硼中子吸收体。
3.根据权利要求2所述的一种碳化硼中子吸收体加工工艺，其特征在于：所述的步骤5）的加热处理温度为90-100℃。
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