CN108330415B - 一种用于屏蔽伽马射线的泡沫铝及其制备方法 - Google Patents

一种用于屏蔽伽马射线的泡沫铝及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及辐射防护技术领域，具体涉及一种用于屏蔽伽马射线的泡沫铝及其制备方法，所述的泡沫铝包括由掺杂合金的铝液发泡制备得到；具体包括以质量百分比表示的如下组分：W：2～10％，Ni：1～5％，Ca：2～3％，Ti：1～2％，发泡剂：2～5％，增粘剂0.01～0.5％，其余为铝；所述泡沫铝的密度为0.6～1.5g/cm3,泡孔直径为3.5～6mm，泡孔壁厚为0.5～1.5mm；本发明中，通过将W、Ni、Ca和Ti混合后与铝液混合，然后形成泡沫铝材料，利用该合金成分实现优异的屏蔽伽马射线的作用，同时，在泡沫铝的成型原料中加入增粘剂，利用增粘剂增加铝液的粘度，降低其发泡形成的泡孔直径，达到细化、均匀化泡孔的作用。

Description

一种用于屏蔽伽马射线的泡沫铝及其制备方法
技术领域
本发明涉及辐射防护技术领域，具体设计一种用于屏蔽伽马射线的泡沫铝及其制备方法。
背景技术
伽马射线(γ射线)，是原子核能级跃迁蜕变时释放出的射线，其波长小于0.01埃，具有极强的穿透本领，在工业上常用于探伤或流水线的自动控制；在医疗上用于治疗肿瘤；当人体受到伽马射线照射时，伽马射线可以进入到人体的内部，并与体内细胞发生电离作用，电离产生的离子能侵蚀复杂的有机分子，如蛋白质、核酸和酶，它们都是构成活细胞组织的主要成分，一旦遭到破坏，就会导致人体正常的生理过程受到干扰，严重的可以使细胞死亡，据有关研究表明，当人体受到伽马射线的辐射剂量达到200～600雷姆时，人体内的骨髓将会被破坏，白血球严重减少，会出现内出血、免疫力低下、头发脱落等症状，2个月内的死亡概率为0～80％；辐射剂量达到600～1000雷姆时，2个月内的死亡概率可达到80～100％；若辐射剂量达到1000～1500雷姆时，人的消化系统将被破坏，出现腹泻、发烧等症状，2周内致死率为100％；当辐射剂量大于5000雷姆时，人体的中枢神经系统将被破坏，发生痉挛、震颤、失调、嗜眠，在两天内死亡的概率为100％。
随着国防科研、放射医学和原子能工业的发展，伽马射线的使用越来越广泛，对人们的健康和生命安全造成极大的危害，已被公认为继大气污染、水质污染、噪声污染后的第四大公害。因此，研究用于屏蔽伽马射线的材料成为本领域技术人员不断努力的方向。
发明内容
针对现有技术中的问题，本发明的目的在于提供一种用于屏蔽伽马射线的泡沫铝，其具有比重轻，屏蔽效果好的优点。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种用于屏蔽伽马射线的泡沫铝，包括由掺杂合金的铝液发泡制备得到；具体包括以质量百分比表示的如下组分：W：2～10％，Ni：1～5％，Ca：2～3％，Ti：1～2％，发泡剂：2～5％，增粘剂0.01～0.5％，其余为铝；
所述泡沫铝的密度为0.6～1.5g/cm3,泡孔直径为3.5～6mm，泡孔壁厚为0.5～1.5mm。
作为优选的技术方案，所述的泡沫铝包括以质量百分比表示的如下组分：W：3～8％，Ni：2～4.8％，Ca：2.2～2.8％，Ti：1.2～1.7％，发泡剂：2.4～4.7％，增粘剂0.05～0.3％，其余为铝。
本发明中，W-Ni-Ca-Ti合金对伽马射线具有优异的吸收能力，将其掺杂在泡沫铝材料中，从而实现屏蔽伽马射线的效果。
本发明中，所述的发泡剂为氢化钛、氢化锆中的一种。
本发明中，通过增加增粘剂，提高铝液的粘度，降低其泡孔直径，从而达到细化泡孔的作用，实现更好的屏蔽效果，具体的，本发明所述的增粘剂为无机纳米晶须，其直径为50～100μm，长径比为200～500。通过该无机纳米晶须的加入，还有效的提高了泡沫铝材料的机械性能，确保该泡沫铝材料具有更优异的冲击韧性。
本发明中所述的无机纳米晶须可以为本领域技术人员所熟知的，如氧化锌晶须、氧化镁晶须、二氧化钛晶须、碳化硅晶须、或其组合。
本发明还提供了一种上述用于屏蔽伽马射线的泡沫铝的制备方法，包括以下步骤：
(1)将W、Ni、Ca和Ti混合后球磨，得粒度为150～200目的混合粉体；
(2)在熔炼炉中将纯铝熔化为铝液，然后将步骤(1)中的混合粉体加入到铝液中，搅拌使其混合均匀，再负压吸入增粘剂和发泡剂，并抽吸空气使其真空度为0.1～0.3Mpa，充分搅拌使原料混合均匀，得混合物；
(3)准备泡沫铝模具，将步骤(2)所得混合物浇注到模具中，不断抽气保持真空度为0.3～0.45Mpa，升温至680～700℃并保温10～20min，然后冷却，即得所述的泡沫铝。
具体的，本发明所述的步骤(1)中，所述的W、Ni、Ca和Ti混合后，与无水乙醇一同加入四氟乙烯球磨机中湿法球磨，然后经去离子水洗涤并真空干燥得到混合粉体。通过上述湿法球磨，不仅细化了粒径，而且使上述微粉混合更加均匀、充分。
本发明中，通过将W、Ni、Ca和Ti混合后与铝液混合，然后形成泡沫铝材料，利用该合金成分实现优异的屏蔽伽马射线的作用，同时，在泡沫铝的成型原料中加入增粘剂，利用增粘剂增加铝液的粘度，降低其发泡形成的泡孔直径，达到细化、均匀化泡孔的作用。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐明本发明。
实施例1
一种用于屏蔽伽马射线的泡沫铝，包括由掺杂合金的铝液发泡制备得到；具体包括以质量百分比表示的如下组分：W：5％，Ni：3.5％，Ca：2.5％，Ti：1.4％，氢化钛：3.4％，氧化锌晶须0.2％，其余为铝；
该用于屏蔽伽马射线的泡沫铝的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配方量称取W、Ni、Ca和Ti混合后，与1.5倍重量的无水乙醇一同加入四氟乙烯球磨机中湿法球磨，然后经去离子水洗涤并真空干燥得到混合粉体。得粒度为200目的混合粉体；
(2)在熔炼炉中将纯铝熔化为铝液，然后将步骤(1)中的混合粉体加入到铝液中，搅拌使其混合均匀，再负压吸入氧化锌晶须和氢化钛，并抽吸空气使其真空度为0.2Mpa，充分搅拌使原料混合均匀，得混合物；
(3)准备泡沫铝模具，将步骤(2)所得混合物浇注到模具中，不断抽气保持真空度为0.35Mpa，升温至690℃并保温15min，然后冷却，即得所述的泡沫铝。
实施例2
一种用于屏蔽伽马射线的泡沫铝，包括由掺杂合金的铝液发泡制备得到；具体包括以质量百分比表示的如下组分：W：3％，Ni：2％，Ca：2.2％，Ti：1.2％，氢化钛：2.4％，氧化镁晶须0.05％，其余为铝；
该用于屏蔽伽马射线的泡沫铝的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配方量称取W、Ni、Ca和Ti混合后，与1.5倍重量的无水乙醇一同加入四氟乙烯球磨机中湿法球磨，然后经去离子水洗涤并真空干燥得到混合粉体。得粒度为150目的混合粉体；
(2)在熔炼炉中将纯铝熔化为铝液，然后将步骤(1)中的混合粉体加入到铝液中，搅拌使其混合均匀，再负压吸入氧化镁晶须和氢化钛，并抽吸空气使其真空度为0.1Mpa，充分搅拌使原料混合均匀，得混合物；
(3)准备泡沫铝模具，将步骤(2)所得混合物浇注到模具中，不断抽气保持真空度为0.5Mpa，升温至690℃并保温15min，然后冷却，即得所述的泡沫铝。
实施例3
一种用于屏蔽伽马射线的泡沫铝，包括由掺杂合金的铝液发泡制备得到；具体包括以质量百分比表示的如下组分：W：8％，Ni：4.8％，Ca：2.8％，Ti：1.7％，氢化钛：4.7％，碳化硅晶须0.3％，其余为铝；
该用于屏蔽伽马射线的泡沫铝的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配方量称取W、Ni、Ca和Ti混合后，与1.5倍重量的无水乙醇一同加入四氟乙烯球磨机中湿法球磨，然后经去离子水洗涤并真空干燥得到混合粉体。得粒度为200目的混合粉体；
(2)在熔炼炉中将纯铝熔化为铝液，然后将步骤(1)中的混合粉体加入到铝液中，搅拌使其混合均匀，再负压吸入碳化硅晶须和氢化钛，并抽吸空气使其真空度为0.3Mpa，充分搅拌使原料混合均匀，得混合物；
(3)准备泡沫铝模具，将步骤(2)所得混合物浇注到模具中，不断抽气保持真空度为0.45Mpa，升温至690℃并保温15min，然后冷却，即得所述的泡沫铝。
实施例4
一种用于屏蔽伽马射线的泡沫铝，包括由掺杂合金的铝液发泡制备得到；具体包括以质量百分比表示的如下组分：W：2％，Ni：1％，Ca：2％，Ti：1％，氢化钛：2％，氧化锌晶须0.01％，其余为铝；
该用于屏蔽伽马射线的泡沫铝的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配方量称取W、Ni、Ca和Ti混合后，与1.5倍重量的无水乙醇一同加入四氟乙烯球磨机中湿法球磨，然后经去离子水洗涤并真空干燥得到混合粉体。得粒度为200目的混合粉体；
(2)在熔炼炉中将纯铝熔化为铝液，然后将步骤(1)中的混合粉体加入到铝液中，搅拌使其混合均匀，再负压吸入氧化锌晶须和氢化钛，并抽吸空气使其真空度为0.1Mpa，充分搅拌使原料混合均匀，得混合物；
(3)准备泡沫铝模具，将步骤(2)所得混合物浇注到模具中，不断抽气保持真空度为0.3Mpa，升温至680℃并保温10min，然后冷却，即得所述的泡沫铝。
实施例5
一种用于屏蔽伽马射线的泡沫铝，包括由掺杂合金的铝液发泡制备得到；具体包括以质量百分比表示的如下组分：W：10％，Ni：5％，Ca：3％，Ti：2％，氢化钛：5％，氧化锌晶须0.5％，其余为铝；
该用于屏蔽伽马射线的泡沫铝的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配方量称取W、Ni、Ca和Ti混合后，与1.5倍重量的无水乙醇一同加入四氟乙烯球磨机中湿法球磨，然后经去离子水洗涤并真空干燥得到混合粉体。得粒度为150目的混合粉体；
(2)在熔炼炉中将纯铝熔化为铝液，然后将步骤(1)中的混合粉体加入到铝液中，搅拌使其混合均匀，再负压吸入氧化锌晶须和氢化钛，并抽吸空气使其真空度为0.3Mpa，充分搅拌使原料混合均匀，得混合物；
(3)准备泡沫铝模具，将步骤(2)所得混合物浇注到模具中，不断抽气保持真空度为0.45Mpa，升温至700℃并保温20min，然后冷却，即得所述的泡沫铝。
对比例1
一种用于屏蔽伽马射线的泡沫铝，包括由掺杂合金的铝液发泡制备得到；具体包括以质量百分比表示的如下组分：W：5％，Ni：3.5％，Ca：2.5％，氢化钛：3.4％，氧化锌晶须0.2％，其余为铝；
该用于屏蔽伽马射线的泡沫铝的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配方量称取W、Ni、Ca和Ti混合后，与1.5倍重量的无水乙醇一同加入四氟乙烯球磨机中湿法球磨，然后经去离子水洗涤并真空干燥得到混合粉体。得粒度为200目的混合粉体；
(2)在熔炼炉中将纯铝熔化为铝液，然后将步骤(1)中的混合粉体加入到铝液中，搅拌使其混合均匀，再负压吸入氧化锌晶须和氢化钛，并抽吸空气使其真空度为0.2Mpa，充分搅拌使原料混合均匀，得混合物；
(3)准备泡沫铝模具，将步骤(2)所得混合物浇注到模具中，不断抽气保持真空度为0.35Mpa，升温至690℃并保温15min，然后冷却，即得所述的泡沫铝。
对比例2
一种用于屏蔽伽马射线的泡沫铝，包括由掺杂合金的铝液发泡制备得到；具体包括以质量百分比表示的如下组分：W：5％，Ni：3.5％，Ti：1.4％，氢化钛：3.4％，氧化锌晶须0.2％，其余为铝；
该用于屏蔽伽马射线的泡沫铝的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配方量称取W、Ni、Ca和Ti混合后，与1.5倍重量的无水乙醇一同加入四氟乙烯球磨机中湿法球磨，然后经去离子水洗涤并真空干燥得到混合粉体。得粒度为200目的混合粉体；
(2)在熔炼炉中将纯铝熔化为铝液，然后将步骤(1)中的混合粉体加入到铝液中，搅拌使其混合均匀，再负压吸入氧化锌晶须和氢化钛，并抽吸空气使其真空度为0.2Mpa，充分搅拌使原料混合均匀，得混合物；
(3)准备泡沫铝模具，将步骤(2)所得混合物浇注到模具中，不断抽气保持真空度为0.35Mpa，升温至690℃并保温15min，然后冷却，即得所述的泡沫铝。
本发明中，利用137Cs作为射线源(伽马射线能量661kev)，利用HW-3204自动定标器和NaI闪烁探测器测试上述实施例1-5、对比例1-2得到的泡沫铝材料对伽马射线辐射的屏蔽效果。
Figure BDA0001560022010000071
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的特点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种用于屏蔽伽马射线的泡沫铝，其特征在于：包括由掺杂合金的铝液发泡制备得到；具体包括以质量百分比表示的如下组分：W：2～10％，Ni：1～5％，Ca：2～3％，Ti：1～2％，发泡剂：2～5％，增粘剂0.01～0.5％，其余为铝；
所述泡沫铝的密度为0.6～1.5g/cm3，泡孔直径为3.5～6mm，泡孔壁厚为0.5～1.5mm；
用于屏蔽伽马射线的泡沫铝的制备方法包括以下步骤：
(1)将W、Ni、Ca和Ti混合后球磨，得粒度为150～200目的混合粉体；
(2)在熔炼炉中将纯铝熔化为铝液，然后将步骤(1)中的混合粉体加入到铝液中，搅拌使其混合均匀，再负压吸入增粘剂和发泡剂，并抽吸空气使其真空度为0.1～0.3Mpa，充分搅拌使原料混合均匀，得混合物；
(3)准备泡沫铝模具，将步骤(2)所得混合物浇注到模具中，不断抽气保持真空度为0.3～0.45Mpa，升温至680～700℃并保温10～20min，然后冷却，即得所述的泡沫铝；
步骤(1)中，所述的W、Ni、Ca和Ti混合后，与无水乙醇一同加入四氟乙烯球磨机中湿法球磨，然后经去离子水洗涤并真空干燥得到混合粉体。
2.根据权利要求1所述的用于屏蔽伽马射线的泡沫铝，其中，包括以质量百分比表示的如下组分：W：3～8％，Ni：2～4.8％，Ca：2.2～2.8％，Ti：1.2～1.7％，发泡剂：2.4～4.7％，增粘剂0.05～0.3％，其余为铝。
3.根据权利要求1所述的用于屏蔽伽马射线的泡沫铝，其中，所述的发泡剂为氢化钛、氢化锆中的一种。
4.根据权利要求1所述的用于屏蔽伽马射线的泡沫铝，其中，所述的增粘剂为无机纳米晶须，其直径为50～100μm，长径比为200～500。
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