CN107767979A - 一种复合屏蔽材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种复合屏蔽材料及其制备方法，它涉及一种屏蔽材料及其制备方法。本发明是要解决现有铅硼聚乙烯屏蔽材料耐热性不足的问题。复合屏蔽材料为石墨基体与铅合金的互渗体，其中石墨基体的体积百分数为40％～95％，铅合金的体积百分数为5％～60％。制备方法：一、称料；二、装填；三、预热；四、浇铸；五、加压浸渗；六、保压冷却；七、脱模，取出铸锭，即为复合屏蔽材料。本发明制备的复合屏蔽材料可用于对中子和伽马射线的屏蔽吸收。

Description

一种复合屏蔽材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种屏蔽材料及其制备方法。
背景技术
随着核技术的快速发展，核辐射的安全与防护问题也变得越来越重要。核反应堆运行时，堆芯会产生大量的α、β、γ、X等射线和质子、中子、重氢核、裂变产物辐射，其中γ射线和中子穿透能力最强，会对周边人员和物体产生强烈的辐射损伤，是屏蔽的重点。
对中子的屏蔽吸收可分为快中子慢化和慢中子吸收两步。一般轻元素材料(如含氢多的材料)如石蜡、聚乙烯、聚丙烯等材料是优良的快中子慢化材料，而石墨是目前反应堆中最常用的固体慢化材料，具有良好的慢化率，且具有熔点高、导热性好、高温强度好等特点。慢中子的吸收主要选择对中子吸收截面较大的元素，常见元素有氦、锂、钆、镉、铕和硼10等。而对γ辐射屏蔽较好的材料为铅、钨及其他重金属等。
目前使用较多的复合屏蔽材料主要包括铅硼混凝土和铅硼聚乙烯。铅硼混凝土密度大、屏蔽效能不足；铅硼聚乙烯材料的综合屏蔽效果较好，但其使用温度低，仅为80～100℃，在实际运用中发现，在含热源的复合屏蔽场中，铅硼聚乙烯虽然可短时间正常工作，但经过较长时间服役后，屏蔽材料块体会发生变形，拼接缝宽度增加，从而使中子与γ射线大量泄漏，不能满足对耐热性有较高要求的复合屏蔽领域的使用要求。
发明内容
本发明是要解决现有铅硼聚乙烯屏蔽材料耐热性不足的问题，而提供一种复合屏蔽材料及其制备方法。
一种复合屏蔽材料为石墨基体与铅合金的互渗体，其中石墨基体的体积百分数为40％～95％，铅合金的体积百分数为5％～60％。
一种复合屏蔽材料的制备方法是按以下步骤完成的：
一、称料：按体积分数称取40％～95％的石墨块和5％～60％的铅合金；
二、装填：将步骤一称取的40％～95％的石墨块装入模具的型腔之内；
三、预热：将石墨块连同模具转移至加热炉中，将加热炉的温度从室温升温至300℃～450℃，在温度为300℃～450℃的条件下保温1h～4h，得到预热的石墨块；将步骤一称取的5％～60％的铅合金加热至熔化，得到熔融的铅合金；
四、浇铸：将步骤三得到的预热的石墨块带模具置于压力机台面上，将步骤三得到的熔融的铅合金倒入模具内的预热的石墨块上；
五、加压浸渗：通过压力机施加压力，使熔融的铅合金浸渗到预热的石墨块的孔隙中；
六、保压冷却：待熔融的铅合金完全浸渗到预热的石墨块中，保持该压力并自然冷却；
七、脱模，取出铸锭，即为复合屏蔽材料。
本发明优点：
本发明采用石墨为中子慢化剂，镉元素作为中子吸收剂，铅元素作为γ射线吸收剂，采用挤压铸造的方法，实现石墨与铅合金间的良好界面结合，制备出的复合屏蔽材料具有致密度高、耐热性好、导电导热性能好、使用温度范围广、γ射线和中子辐射综合屏蔽效果好的特点。此外，该复合材料易加工，并且可以通过选用不同孔隙率的石墨基体以及不同成分的铅合金，调控其γ射线和中子屏蔽效能及力学性能，应用范围广。本发明提出的制备方法简单，易操作，易控制，制备成本低。
附图说明
图1为实施例一得到的复合屏蔽材料的宏观照片。
图2为实施例一得到的复合屏蔽材料的微观形貌图。
图3为实施例二得到的复合屏蔽材料的微观形貌图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式一种复合屏蔽材料为石墨基体与铅合金的互渗体，其中石墨基体的体积百分数为40％～95％，铅合金的体积百分数为5％～60％。
本实施方式所述复合屏蔽材料是将含镉的铅合金液浸渗到所述石墨基体的微孔内。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述铅合金为Pb-Cd合金、Pb-Cd-Sb合金、Pb-Cd-Sn合金、Pb-Cd-Bi合金、Pb-Cd-Sb-Sn合金和Pb-Cd-Bi-Sn合金中的一种或其中几种的混合。其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述石墨基体为石墨块。其他与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述石墨基体的密度为1.3g/cm3～2.25g/cm3。其他与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式一种复合屏蔽材料的制备方法是按以下步骤完成的：
一、称料：按体积分数称取40％～95％的石墨块和5％～60％的铅合金；
二、装填：将步骤一称取的40％～95％的石墨块装入模具的型腔之内；
三、预热：将石墨块连同模具转移至加热炉中，将加热炉的温度从室温升温至300℃～450℃，在温度为300℃～450℃的条件下保温1h～4h，得到预热的石墨块；将步骤一称取的5％～60％的铅合金加热至熔化，得到熔融的铅合金；
四、浇铸：将步骤三得到的预热的石墨块带模具置于压力机台面上，将步骤三得到的熔融的铅合金倒入模具内的预热的石墨块上；
五、加压浸渗：通过压力机施加压力，使熔融的铅合金浸渗到预热的石墨块的孔隙中；
六、保压冷却：待熔融的铅合金完全浸渗到预热的石墨块中，保持该压力并自然冷却；
七、脱模，取出铸锭，即为复合屏蔽材料。
本实施方式步骤五中所述浸渗的速度为10mm/s～50mm/s。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式五不同的是：步骤一中所述铅合金为Pb-Cd合金、Pb-Cd-Sb合金、Pb-Cd-Sn合金、Pb-Cd-Bi合金、Pb-Cd-Sb-Sn合金和Pb-Cd-Bi-Sn合金中的一种或其中几种的混合。其他与具体实施方式五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式五或六不同的是：步骤一中所述石墨块的密度为1.3g/cm3～2.25g/cm3。其他与具体实施方式五或六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式五至七之一不同的是：步骤三中将步骤一称取的5％～60％的铅合金加热至熔化是在加热温度大于该铅合金熔点50℃～100℃的条件下进行的。其他与具体实施方式五至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式五至八之一不同的是：步骤五中通过压力机施加的压力为10MPa～50MPa。其他与具体实施方式五至八之一相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：一种复合屏蔽材料的制备方法是按以下步骤完成的：
一、称料：按体积分数称取85％的石墨块和15％的铅合金；所述石墨块的孔隙率为15％，所述铅合金为Pb-Cd合金；
二、装填：将步骤一称取的85％的石墨块装入模具的型腔之内；
三、预热：将石墨块连同模具转移至加热炉中，将加热炉的温度从室温升温至350℃，在温度为350℃的条件下保温3h，得到预热的石墨块；将步骤一称取的15％的铅合金加热至熔化，得到熔融的铅合金；
四、浇铸：将步骤三得到的预热的石墨块带模具置于压力机台面上，将步骤三得到的熔融的铅合金倒入模具内的预热的石墨块上；
五、加压浸渗：通过压力机施加15MPa的压力，使熔融的铅合金浸渗到预热的石墨块的孔隙中；
六、保压冷却：待熔融的铅合金完全浸渗到预热的石墨块中，保持该压力并自然冷却；
七、脱模，取出铸锭，即为复合屏蔽材料。
本实施例步骤五中所述浸渗的速度为10mm/s～50mm/s。
图1为实施例一得到的复合屏蔽材料的宏观照片；图2为实施例一得到的复合屏蔽材料的微观形貌图；从图1和图2中可以看出复合材料致密性好，不存在明显的孔洞。所用石墨基体为孔隙率约为15％的高纯石墨，室温时抗弯强度为180MPa，1300℃时抗弯强度仍高于160MPa，可见其具有很好的耐热性，因此实施例一得到的石墨渗铅复合屏蔽材料的耐热性主要取决于所用Pb-Cd合金的耐热性，只要使用温度低于Pb-Cd合金的熔点，不发生铅金属液的渗出，就不会发生复合材料变形、拼接缝变宽的情况。复合材料对中子和γ射线的屏蔽效果，主要取决于功能元素(镉元素和铅元素)的含量。实施例一得到的复合屏蔽材料中铅元素质量含量可高达53％，理论计算其对60Coγ辐射削弱系数大于3.25。
实施例二：一种复合屏蔽材料的制备方法是按以下步骤完成的：
一、称料：按体积分数称取70％的石墨块和30％的铅合金；所述石墨块的孔隙率为30％，所述铅合金为Pb-Cd合金；
二、装填：将步骤一称取的70％的石墨块装入模具的型腔之内；
三、预热：将石墨块连同模具转移至加热炉中，将加热炉的温度从室温升温至400℃，在温度为400℃的条件下保温3h，得到预热的石墨块；将步骤一称取的30％的铅合金加热至熔化，得到熔融的铅合金；
四、浇铸：将步骤三得到的预热的石墨块带模具置于压力机台面上，将步骤三得到的熔融的铅合金倒入模具内的预热的石墨块上；
五、加压浸渗：通过压力机施加20MPa的压力，使熔融的铅合金浸渗到预热的石墨块的孔隙中；
六、保压冷却：待熔融的铅合金完全浸渗到预热的石墨块中，保持该压力并自然冷却；
七、脱模，取出铸锭，即为复合屏蔽材料。
本实施例步骤五中所述浸渗的速度为10mm/s～50mm/s。
图3为实施例二得到的复合屏蔽材料的微观形貌图；从图3中可以看出铅合金完全填充了石墨基体中的孔隙，相较于实施例一，复合材料中铅含量明显增加，质量分数可达73％，对伽马射线具有更好的屏蔽效果。

Claims (9)

1.一种复合屏蔽材料，其特征在于复合屏蔽材料为石墨基体与铅合金的互渗体，其中石墨基体的体积百分数为40％～95％，铅合金的体积百分数为5％～60％。
2.根据权利要求1所述的一种复合屏蔽材料，其特征在于所述铅合金为Pb-Cd合金、Pb-Cd-Sb合金、Pb-Cd-Sn合金、Pb-Cd-Bi合金、Pb-Cd-Sb-Sn合金和Pb-Cd-Bi-Sn合金中的一种或其中几种的混合。
3.根据权利要求1所述的一种复合屏蔽材料，其特征在于所述石墨基体为石墨块。
4.根据权利要求1所述的一种复合屏蔽材料，其特征在于所述石墨基体的密度为1.3g/cm3～2.25g/cm3。
5.如权利要求1所述的一种复合屏蔽材料的制备方法，其特征在复合屏蔽材料的制备方法是按以下步骤完成的：
一、称料：按体积分数称取40％～95％的石墨块和5％～60％的铅合金；
二、装填：将步骤一称取的40％～95％的石墨块装入模具的型腔之内；
三、预热：将石墨块连同模具转移至加热炉中，将加热炉的温度从室温升温至300℃～450℃，在温度为300℃～450℃的条件下保温1h～4h，得到预热的石墨块；将步骤一称取的5％～60％的铅合金加热至熔化，得到熔融的铅合金；
四、浇铸：将步骤三得到的预热的石墨块带模具置于压力机台面上，将步骤三得到的熔融的铅合金倒入模具内的预热的石墨块上；
五、加压浸渗：通过压力机施加压力，使熔融的铅合金浸渗到预热的石墨块的孔隙中；
六、保压冷却：待熔融的铅合金完全浸渗到预热的石墨块中，保持该压力并自然冷却；
七、脱模，取出铸锭，即为复合屏蔽材料。
6.根据权利要求5所述的一种复合屏蔽材料的制备方法，其特征在于步骤一中所述铅合金为Pb-Cd合金、Pb-Cd-Sb合金、Pb-Cd-Sn合金、Pb-Cd-Bi合金、Pb-Cd-Sb-Sn合金和Pb-Cd-Bi-Sn合金中的一种或其中几种的混合。
7.根据权利要求5所述的一种复合屏蔽材料的制备方法，其特征在于步骤一中所述石墨块的密度为1.3g/cm3～2.25g/cm3。
8.根据权利要求5所述的一种复合屏蔽材料的制备方法，其特征在于步骤三中将步骤一称取的5％～60％的铅合金加热至熔化是在加热温度大于该铅合金熔点50℃～100℃的条件下进行的。
9.根据权利要求5所述的一种复合屏蔽材料的制备方法，其特征在于步骤五中通过压力机施加的压力为10MPa～50MPa。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108761683A (zh) * 2018-05-31 2018-11-06 安徽电信器材贸易工业有限责任公司 一种具有优异抗电磁性能的室外光缆

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61262696A (ja) * 1985-04-18 1986-11-20 株式会社神戸製鋼所 格子状Ａｌ又はＡｌ合金鋳物の製造方法
JPH04175698A (ja) * 1990-11-08 1992-06-23 Power Reactor & Nuclear Fuel Dev Corp 耐熱放射線遮蔽材
JP2000171587A (ja) * 1998-12-04 2000-06-23 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 放射線遮蔽体
CN1746217A (zh) * 2005-10-21 2006-03-15 北京市射线应用研究中心 一种铅硼聚乙烯复合屏蔽材料及其制备方法
CN102268582A (zh) * 2011-07-06 2011-12-07 昆明理工大学 具有射线及中子综合屏蔽效果的铝基材料
CN103045916A (zh) * 2012-12-26 2013-04-17 四川材料与工艺研究所 一种复合屏蔽材料及其制备方法
CN103183861A (zh) * 2013-03-21 2013-07-03 中国船舶重工集团公司第七一九研究所 一种具有中子和伽玛综合屏蔽效果的复合屏蔽材料
CN103937160A (zh) * 2014-04-04 2014-07-23 西安交通大学 一种核辐射屏蔽材料的制备方法
CN104710727A (zh) * 2015-03-27 2015-06-17 中国科学院长春应用化学研究所 环氧树脂基中子和γ射线屏蔽复合材料及其制备方法与应用
CN105624475A (zh) * 2015-12-28 2016-06-01 哈尔滨工业大学 一种Al基硼10复合材料及其制备方法

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61262696A (ja) * 1985-04-18 1986-11-20 株式会社神戸製鋼所 格子状Ａｌ又はＡｌ合金鋳物の製造方法
JPH04175698A (ja) * 1990-11-08 1992-06-23 Power Reactor & Nuclear Fuel Dev Corp 耐熱放射線遮蔽材
JP2000171587A (ja) * 1998-12-04 2000-06-23 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 放射線遮蔽体
CN1746217A (zh) * 2005-10-21 2006-03-15 北京市射线应用研究中心 一种铅硼聚乙烯复合屏蔽材料及其制备方法
CN102268582A (zh) * 2011-07-06 2011-12-07 昆明理工大学 具有射线及中子综合屏蔽效果的铝基材料
CN103045916A (zh) * 2012-12-26 2013-04-17 四川材料与工艺研究所 一种复合屏蔽材料及其制备方法
CN103183861A (zh) * 2013-03-21 2013-07-03 中国船舶重工集团公司第七一九研究所 一种具有中子和伽玛综合屏蔽效果的复合屏蔽材料
CN103937160A (zh) * 2014-04-04 2014-07-23 西安交通大学 一种核辐射屏蔽材料的制备方法
CN104710727A (zh) * 2015-03-27 2015-06-17 中国科学院长春应用化学研究所 环氧树脂基中子和γ射线屏蔽复合材料及其制备方法与应用
CN105624475A (zh) * 2015-12-28 2016-06-01 哈尔滨工业大学 一种Al基硼10复合材料及其制备方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108761683A (zh) * 2018-05-31 2018-11-06 安徽电信器材贸易工业有限责任公司 一种具有优异抗电磁性能的室外光缆

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