CN110527887A - 一种屏蔽中子和伽马射线的硼钨铝复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种屏蔽中子和伽马射线的硼钨铝复合材料，由以下质量百分数的原料制备而成：钨和/或碳化钨20％～80％，硼、碳化硼和氮化硼中的一种或两种以上1％～10％，钛0.2％～0.5％，余量为铝和/或六系铝合金；本发明还公开了一种屏蔽中子和伽马射线的硼钨铝复合材料的制备方法，将除钛粉末外的原料粉末混合研磨后与钛粉末间歇式混合研磨，得到复合材料粉末，依次经冷压、活化和烧结，得到硼钨铝复合材料。本发明原料中引入硼元素和钨元素，实现了对中子和伽马射线的有效屏蔽，钛元素抑制了界面反应对屏蔽性能的影响；本发明采用间歇式混合法避免了冷焊的产生，通过冷压和活化去除残余气体，有利于得到硼钨铝复合材料。

Description

一种屏蔽中子和伽马射线的硼钨铝复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于复合材料制备技术领域，具体涉及一种屏蔽中子和伽马射线的硼钨铝复合材料及其制备方法。
背景技术
随着核能的广泛应用，核燃料使用后产生的高放射性废料对环境和生物造成严重的威胁，目前世界范围内核电产生的高放射性废料约40万吨，而且大概在以1万吨每年的速度增长。为了避免放射性废料的生态污染，必须对其进行安全存贮和相关处理，这就对用于辐射屏蔽的材料提出了苛刻的要求。
另外，核裂变反应堆的小型化致使其在放射性医疗领域受到了密切的关注，如癌症的放射治疗设备的建造，对辐射屏蔽提出了新的要求。
当前，用于核辐射屏蔽的材料可分为中子吸收材料和伽马射线屏蔽材料，中子吸收材料包括含硼钢、含硼铝、含硼聚乙烯和镉板等，伽马射线屏蔽材料包括铁基材料、含铅树脂和混凝土等。但是，硼钢由于低的硼含量，中子屏蔽效果并不理想；含硼聚乙烯则易受辐照脆化，服役时间短；镉板有毒、致癌且具有二次伽马射线；铁基材料比重大，耐腐蚀差；含铅树脂有毒，力学性能差；混凝土有效屏蔽效果差，且体积庞大导致空间利用率低。总的来看，常用的核辐射屏蔽材料或多或少具有一定的缺陷，如耐热性、可加工性、毒性、力学性能等，且屏蔽组元单一，造成屏蔽设备结构及体积复杂臃肿。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种屏蔽中子和伽马射线的硼钨铝复合材料。本发明的制备原料中引入硼元素和钨元素，大大提高了中子的吸收效率，在屏蔽中子的同时达到伽马射线的有效屏蔽，添加钛元素有效抑制了其它元素之间的界面反应，避免了界面反应生成物影响各元素结合紧密度，进一步增强了硼钨铝复合材料的屏蔽中子和伽马射线的性能。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种屏蔽中子和伽马射线的硼钨铝复合材料，其特征在于，该硼钨铝复合材料由以下质量百分数的原料制备而成：钨和/或碳化钨20％～80％，硼、碳化硼和氮化硼中的一种或两种以上1％～10％，钛0.2％～0.5％，余量为铝和/或六系铝合金。
本发明的硼钨铝复合材料为硼-钨-铝三元体系复合材料，通过加入硼元素大大提高了中子的吸收效率，通过加入大量的钨元素在屏蔽中子的同时达到伽马射线的有效屏蔽，通过添加钛元素作为控制元素抑制了复合材料中其它元素之间的界面反应，避免了界面反应生成物对各元素之间紧密结合的影响，进一步增强了硼钨铝复合材料的屏蔽中子和伽马射线的性能；另外，可根据使用需求调节硼钨铝复合材料中各组成元素的含量，以实现不同的屏蔽中子和伽马射线效果，灵活方便。本发明的硼钨铝复合材料具有优异的屏蔽中子和伽马射线的性能，且耐腐蚀性与耐热性加工性均较好，无毒无害，易于加工，推广应用价值高。
另外，本发明还提供了一种制备屏蔽中子和伽马射线的硼钨铝复合材料的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、按设计成分配比称取钨粉末和/或碳化钨粉末，硼粉末、碳化硼粉末和氮化硼粉末中的一种或两种以上，钛粉末，以及铝粉末和/或六系铝合金粉末，然后在惰性气体保护下分别进行加热；
步骤二、在惰性气体保护下，将步骤一中经干燥后的钨粉末和/或碳化钨粉末，硼粉末、碳化硼粉末和氮化硼粉末中的一种或两种以上，以及铝粉末和/或六系铝合金粉末进行混合研磨，得到混合粉末；
步骤三、在惰性气体保护下，将步骤二中得到的混合粉末和步骤一中经干燥后的钛粉末放置于V型混合机的球料桶内，然后加入研磨介质进行间歇式混合研磨，得到复合材料粉末；所述间歇式混合研磨开始后的0～3h时向球料筒中加入硬脂酸，所述硬脂酸的加入量为混合粉末质量的1％～3％；
步骤四、在惰性气体保护下，将步骤三中得到的复合材料粉末填装在模具中进行冷压处理，得到坯体；
步骤五、在惰性气体保护下，采用放电等离子烧结对步骤四中得到的坯体进行活化处理，得到活化坯体；
步骤六、在惰性气体保护下，将步骤五中得到的活化坯体进行放电等离子烧结，得到烧结坯体，然后经冷却处理，得到硼钨铝复合材料。
本发明将钨粉末和/或碳化钨粉末，硼粉末末、碳化硼粉末和氮化硼粉末中的一种或两种以上，钛粉末，以及铝粉末和/或六系铝合金粉末混合研磨后加入钛粉末作为控制剂进行间歇式混合研磨，同时采用硬脂酸作为润滑剂，得到复合材料粉末，经冷压处理得到坯体，然后依次采用放电等离子烧结对坯体进行活化处理和烧结成型，经冷却后得到硼钨铝复合材料。本发明首先采用间歇式混合法制备复合材料粉末，提高了混粉效果，又避免了冷焊的产生，有利于提高硼钨铝复合材料的组分均匀性，增强其屏蔽效果，同时通过添加润滑剂进一步减少了制备复合材料粉末过程中冷焊现象的发生；然后采用两段式的放电等离子烧结依次进行活化和成型，通过活化去除坯体组成粉末中的残余气体和润滑剂硬脂酸，并对粉末表层产生的氧化层进行破坏，有利于后续烧结成型，得到屏蔽效果好的硼钨铝复合材料，同时由于冷压、活化和热烧均在放电等离子烧结设备中进行，操作简单，工艺连续，减少了制备耗时，提高制备效率；本发明的制备过程全程采用惰性气体保护，有效减少了各粉末的氧化过程，降低了硼钨铝复合材料的氧含量，进一步增强了硼钨铝复合材料的屏蔽效果。
上述的方法，其特征在于，步骤一中所述加热的条件为：放置于马弗炉中加热至100℃保温1h～2h。采用上述加热条件实现了对原料粉末的除气、除油和干燥，有效降低了各粉末中的杂质成分，从源头上提高了硼钨铝复合材料的质量纯度，有利于增强硼钨铝复合材料的屏蔽中子和伽马射线的性能。
上述的方法，其特征在于，步骤二中所述混合研磨的具体过程为：采用行星球磨机在球磨速度为60r/min～200r/min的条件下对步骤一中经干燥后的钨粉末和/或碳化钨粉末，硼粉末、碳化硼粉末和氮化硼粉末中的一种或两种以上，以及铝粉末和/或六系铝合金粉末进行间歇式混合研磨2h～10h，所述间歇式混合研磨的研磨时间和间歇时间均为0.5h～1h。采用上述间歇式混合研磨既有利于各粉末的充分混合，又避免了长时间连续球磨的发热氧化问题，使混合粉末得到合理冷却，减少了冷焊现象，有利于后期烧结工艺的进行。
上述的方法，其特征在于，步骤三中所述间歇式混合研磨采用的转速为60r/min～200r/min，时间为2h～10h，间歇式混合研磨的研磨时间和间歇时间均为0.5h～1h；所述研磨介质为轴承钢珠、三氧化二铝珠、钨珠中的一种或两种以上，所述研磨介质与混合粉末的质量比为(1～5)：1。上述间歇式混合研磨既有利于各粉末的充分混合，又避免了长时间连续球磨的发热氧化问题，进一步减少了冷焊现象，有利于后期烧结工艺的进行；采用上述质量的研磨介质降低了杂质元素的引入，在提高复合材料粉末混合均匀程度的同时提高了其质量纯度。
上述的方法，其特征在于，步骤四中所述冷压处理的压力为30MPa～80MPa，保压时间为10min～40min。上述冷压处理的工艺参数有效去除了复合材料粉末中气体，减少了坯体中气体的存在，有利于改善硼钨铝复合材料的质量，进一步增强了硼钨铝复合材料的屏蔽中子和伽马射线的性能。
上述的方法，其特征在于，步骤四中所述放电等离子烧结进行活化处理的具体过程为：在30MPa～80MPa的压力下，对坯体施加脉冲电流加热至100℃～400℃保温10min～30min。上述活化处理的工艺参数有效去除了坯体中粉末间隙的残余气体，并使润滑剂硬脂酸充分烧结去除，同时彻底破坏了各粉末表层的氧化层，进一步提高了硼钨铝复合材料的质量。
上述的方法，其特征在于，步骤六中所述放电等离子烧结的具体过程为：对活化坯体施加50MPa～100MPa的压力并保持10min～30min，然后施加脉冲电流加热至400℃～650℃保温5min～30min。采用先施压并保压的方法促进了活化坯体中各粉末颗粒之间形成有效的连接，提高了硼钨铝复合材料的密度，然后加热并保温促进了各粉末颗粒之间烧结成型得到硼钨铝复合材料，提高了烧结效率。
上述的方法，其特征在于，步骤六中所述冷却处理为自然冷却或控温冷却，所述控温冷却的具体过程为：当烧结坯体温度高于200℃时采用300℃/min～600℃/min的速率进行降温冷却，当烧结坯体温度低于200℃时采用1℃/min～10℃/min的速率进行降温冷却。本发明采用自然冷却进行冷却处理，方法简单且成本较低；采用控温冷却当烧结坯体温度高于200℃时通过高速降温阻碍了新相的产生，当烧结坯体温度低于200℃时通过常速降温缩短了冷却时间，从而控制了界面反应产物的种类和数量，提高了硼钨铝复合材料中各颗粒的分布均匀性，在进一步增强硼钨铝复合材料的屏蔽中子和伽马射线的性能同时提高了制备效率。
上述的方法，其特征在于，步骤一～步骤六中所述惰性气体保护采用的气体均为氮气。采用氮气保护降低了制备成本，有利于提高了制备效率。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明的硼钨铝复合材料中，通过控制硼元素加入量大大提高了中子的吸收效率，通过控制钨元素的加入量，在屏蔽中子的同时达到对伽马射线的有效屏蔽，通过添加钛元素有效抑制了其它元素之间的界面反应，避免了界面反应生成物对各元素之间紧密结合的影响，进一步增强了硼钨铝复合材料的屏蔽中子和伽马射线的性能，同时，本发明的硼钨铝复合材料的耐腐蚀性与耐热性加工性均较好，无毒无害，易于加工，推广应用价值高。
2、本发明可根据使用需求调节硼钨铝复合材料中各组成元素的含量，以实现不同的屏蔽中子和伽马射线效果，灵活方便。
3、本发明采用间歇式混合法提高了复合材料粉末的混粉效果，避免了冷焊的产生，有利于提高硼钨铝复合材料的组分均匀性，增强其屏蔽效果，然后通过冷压和活化去除坯体组成粉末中的残余气体和润滑剂酸，并对粉末表层产生的氧化层进行破坏，有利于后续烧结成型，得到屏蔽效果好的硼钨铝复合材料。
4、本发明的冷压活化和热烧均在放电等离子烧结设备中进行，操作简单，工艺连续，减少了制备耗时，提高制备效率。
5、本发明的制备过程全程采用惰性气体保护，有效减少了各粉末的氧化过程，降低了硼钨铝复合材料的氧含量，进一步增强了硼钨铝复合材料的屏蔽效果。
下面通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。
附图说明
图1是本发明的硼钨铝复合材料的制备工艺流程图。
图2a是本发明实施例1的硼钨铝复合材料的厚度和屏蔽中子的性能关系图。
图2b是本发明实施例1的硼钨铝复合材料的厚度和屏蔽光子的性能关系图。
图3a是本发明实施例1的硼钨铝复合材料的表面光学形貌图。
图3b是本发明实施例1的硼钨铝复合材料的扫描电镜图。
具体实施方式
如图1所示，本发明实施例1～实施例6的硼钨铝复合材料的制备工艺为：将钨粉末和/或碳化钨粉末，硼粉末、碳化硼粉末和氮化硼粉末中的一种或两种以上，以及铝粉末和/或六系铝合金粉末进行间歇式混合研磨2h～10h，所述间歇式混合研磨的研磨时间和间歇时间均为0.5h～1h。进行混合研磨得到混合粉末，然后加入控制剂含钛粉末、润滑剂硬脂酸进行间歇式混合研磨，得到复合材料粉末，将复合材料粉末进行冷压处理得到坯体，坯体经放电等离子烧结的活化处理得到活化坯体，活化坯体经放电等离子烧结后冷却，得到硼钨铝复合材料。
实施例1
本实施例的硼钨铝复合材料由以下质量百分数的原料制备而成：钨80％，碳化硼3％，钛0.2％，余量为铝。
本实施例的硼钨铝复合材料的制备方法包括以下步骤：
步骤一、称取160g纯钨粉末、6.0g碳化硼粉末、0.40g纯钛粉末和33.6g工业纯铝粉末，然后在氩气保护下分别进行加热；所述加热的条件为：放置于马弗炉中加热至100℃保温1h；
步骤二、在氩气保护下，采用行星球磨机在球磨速度为200r/min的条件下对步骤一中经干燥后的纯钨粉末、碳化硼粉末和工业纯铝粉末进行间歇式混合研磨10h，研磨介质为1000g氧化铝球，得到混合粉末；所述间歇式混合研磨的研磨时间和间歇时间均为1h；
步骤三、在氩气保护下，将步骤二中得到的混合粉末和步骤一中经干燥后的纯钛粉末放置于V型混合机的球料桶内，然后加入500g三氧化二铝珠进行间歇式混合研磨10h，并在间歇式混合研磨开始后的3h时向球料筒中加入2g硬脂酸，得到复合材料粉末；所述间歇式混合研磨的研磨时间和间歇时间均为1h，间歇式混合研磨采用的转速为200r/min；
步骤四、在氩气保护下，将步骤三中得到的复合材料粉末填装在放电等离子烧结设备的模具中，在压力为30MPa的条件下保压40min进行冷压处理，得到坯体；
步骤五、在氩气保护下，采用放电等离子烧结对步骤四中得到的坯体进行活化处理，得到活化坯体；所述放电等离子烧结进行活化处理的具体过程为：在30MPa的压力下，对坯体施加脉冲电流加热至100℃保温30min；
步骤六、在氩气保护下，将步骤五中得到的活化坯体进行放电等离子烧结，得到烧结坯体，然后经自然冷却处理，得到硼钨铝复合材料；所述放电等离子烧结的具体过程为：对活化坯体施加50MPa的压力并保持10min，然后施加脉冲电流加热至650℃保温5min。
图2a是本实施例的硼钨铝复合材料的厚度和屏蔽中子的性能关系图，其中，中子为0.025eV热中子，图2b是本实施例的硼钨铝复合材料的厚度和屏蔽光子的性能关系图，其中，光子为铯137辐射的1.33MeV光子，该高能光子属于一种伽马射线，从图2a和图2b可以看出，随着本实施例的硼钨铝复合材料的厚度的增加，中子和光子的透过率均逐渐下降，当厚度为2.5mm时，中子透过率只有0.1，即对中子的屏蔽效果达到了99％；当厚度为15mm时，光子透过率下降到0.5，当厚度为50mm时，光子透过率下降到0.1，即对光子的屏蔽效果达到了99％；说明厚度为50mm时，本实施例的硼钨铝复合材料同时具有显著的中子和光子屏蔽效果，解决了现有屏蔽材料厚度较高、体积庞大、空间利用率低的问题。
图3a是本实施例的硼钨铝复合材料的表面光学形貌图，图3b是本实施例的硼钨铝复合材料的扫描电镜图，从图3a和图3b可以看出，本实施例的硼钨铝复合材料内黑色的碳化硼和灰白色的钨分布均匀。
实施例2
本实施例的硼钨铝复合材料由以下质量百分数的原料制备而成：钨和碳化钨80％，硼和碳化硼3％，钛0.2％，余量为铝和6061铝合金。
本实施例的硼钨铝复合材料的制备方法包括以下步骤：
步骤一、分别称取80g纯钨粉末、80g碳化钨粉末、3.0g碳化硼粉末、3.0g硼粉末、0.40g纯钛粉末、16.8g工业纯铝粉末和16.8g的6061铝合金粉末，然后在氩气保护下分别进行加热；所述加热的条件为：放置于马弗炉中加热至100℃保温1.5h；
步骤二、在氩气保护下，采用行星球磨机在球磨速度为60r/min的条件下对步骤一中经干燥后的纯钨粉末、碳化钨粉末、碳化硼粉末、硼粉末、工业纯铝粉末和6061铝合金粉末进行间歇式混合研磨2h，研磨介质为1000g氧化铝球，得到混合粉末；所述间歇式混合研磨的研磨时间和间歇时间均为0.5h；
步骤三、在氩气保护下，将步骤二中得到的混合粉末和步骤一中经干燥后的纯钛粉末放置于V型混合机的球料桶内，然后加入500g三氧化二铝珠和500g轴承钢珠进行间歇式混合研磨2h，并在间歇式混合研磨开始后的同时向球料筒中加入6g硬脂酸，得到复合材料粉末；所述间歇式混合研磨的研磨时间和间歇时间均为0.5h，间歇式混合研磨采用的转速为60r/min；
步骤四、在氩气保护下，将步骤三中得到的复合材料粉末填装在放电等离子烧结设备的模具中，在压力为80MPa的条件下保压10min进行冷压处理，得到坯体；
步骤五、在氩气保护下，采用放电等离子烧结对步骤四中得到的坯体进行活化处理，得到活化坯体；所述放电等离子烧结进行活化处理的具体过程为：在80MPa的压力下，对坯体施加脉冲电流加热至400℃保温10min；
步骤六、在氩气保护下，将步骤五中得到的活化坯体进行放电等离子烧结，得到烧结坯体，然后经自然冷却处理，得到硼钨铝复合材料；所述放电等离子烧结的具体过程为：对活化坯体施加100MPa的压力并保持30min，然后施加脉冲电流加热至400℃保温30min。
实施例3
本实施例的硼钨铝复合材料由以下质量百分数的原料制备而成：钨和碳化钨80％，硼、氮化硼和碳化硼3％，钛0.2％，余量为铝和6063铝合金。
本实施例的硼钨铝复合材料的制备方法包括以下步骤：
步骤一、称取80g纯钨粉末、80g碳化钨粉末、3g碳化硼粉末、1.5g硼粉末、1.5g氮化硼粉末、0.40g纯钛粉末、16.8g工业纯铝粉末和16.8g的6063铝合金粉末，然后在氩气保护下分别进行加热；所述加热的条件为：放置于马弗炉中加热至100℃保温2h；
步骤二、在氩气保护下，采用行星球磨机在球磨速度为150r/min的条件下对步骤一中经干燥后的纯钨粉末、碳化硼粉末、硼粉末、氮化硼粉末、工业纯铝粉末和6063铝合金粉末进行间歇式混合研磨6h，研磨介质为1000g氧化铝球，得到混合粉末；所述间歇式混合研磨的研磨时间和间歇时间均为0.7h；
步骤三、在氩气保护下，将步骤二中得到的混合粉末和步骤一中经干燥后的纯钛粉末放置于V型混合机的球料桶内，然后加入100g三氧化二铝珠、50g轴承钢珠、50g钨珠进行间歇式混合研磨6h，并在间歇式混合研磨1.5h时向球料筒中加入4g硬脂酸，得到复合材料粉末；所述间歇式混合研磨的研磨时间和间歇时间均为0.7h，间歇式混合研磨采用的转速为150r/min；
步骤四、在氩气保护下，将步骤三中得到的复合材料粉末填装在放电等离子烧结设备的模具中，在压力为50MPa的条件下保压25min进行冷压处理，得到坯体；
步骤五、在氩气保护下，采用放电等离子烧结对步骤四中得到的坯体进行活化处理，得到活化坯体；所述放电等离子烧结进行活化处理的具体过程为：在50MPa的压力下，对坯体施加脉冲电流加热至250℃保温20min；
步骤六、在氩气保护下，将步骤五中得到的活化坯体进行放电等离子烧结，得到烧结坯体，然后经自然冷却处理，得到硼钨铝复合材料；所述放电等离子烧结的具体过程为：对活化坯体施加60MPa的压力并保持20min，然后施加脉冲电流加热至500℃保温15min。
实施例4
本实施例的硼钨铝复合材料由以下质量百分数的原料制备而成：钨20％，碳化硼1％，钛0.5％，余量为铝。
本实施例的硼钨铝复合材料的制备方法包括以下步骤：
步骤一、称取40g纯钨粉末、2.0g碳化硼粉末、1.0g纯钛粉末和157g工业纯铝粉末，然后在氩气保护下分别进行加热；所述加热的条件为：放置于马弗炉中加热至100℃保温1h；
步骤二、在氩气保护下，采用行星球磨机在球磨速度为200r/min的条件下对步骤一中经干燥后的纯钨粉末、碳化硼粉末和工业纯铝粉末进行间歇式混合研磨10h，研磨介质为1000g氧化铝球，得到混合粉末；所述间歇式混合研磨的研磨时间和间歇时间均为1h；
步骤三、在氩气保护下，将步骤二中得到的混合粉末和步骤一中经干燥后的纯钛粉末放置于V型混合机的球料桶内，然后加入500g三氧化二铝珠进行间歇式混合研磨10h，并在间歇式混合研磨开始后的3h时向球料筒中加入2g硬脂酸，得到复合材料粉末；所述间歇式混合研磨的研磨时间和间歇时间均为1h，间歇式混合研磨采用的转速为200r/min；
步骤四、在氩气保护下，将步骤三中得到的复合材料粉末填装在放电等离子烧结设备的模具中，在压力为30MPa的条件下保压30min进行冷压处理，得到坯体；
步骤五、在氩气保护下，采用放电等离子烧结对步骤四中得到的坯体进行活化处理，得到活化坯体；所述放电等离子烧结进行活化处理的具体过程为：在30MPa的压力下，对坯体施加脉冲电流加热至200℃保温30min；
步骤六、在氩气保护下，将步骤五中得到的活化坯体进行放电等离子烧结，得到烧结坯体，然后经自然冷却处理，得到硼钨铝复合材料；所述放电等离子烧结的具体过程为：对活化坯体施加50MPa的压力并保持10min，然后施加脉冲电流加热至550℃保温5min。
实施例5
本实施例的硼钨铝复合材料由以下质量百分数的原料制备而成：钨50％，碳化硼10％，钛0.25％，余量为铝。
本实施例的硼钨铝复合材料的制备方法包括以下步骤：
步骤一、称取100g纯钨粉末、10g碳化硼粉末、0.5g纯钛粉末和89.5g工业纯铝粉末，然后在氩气保护下分别进行加热；所述加热的条件为：放置于马弗炉中加热至100℃保温1h；
步骤二、在氩气保护下，采用行星球磨机在球磨速度为200r/min的条件下对步骤一中经干燥后的纯钨粉末、碳化硼粉末和工业纯铝粉末进行间歇式混合研磨10h，研磨介质为1000g三氧化二铝球，得到混合粉末；所述间歇式混合研磨的研磨时间和间歇时间均为1h；
步骤三、在氩气保护下，将步骤二中得到的混合粉末和步骤一中经干燥后的纯钛粉末放置于V型混合机的球料桶内，然后加入500g三氧化二铝珠进行间歇式混合研磨10h，并在间歇式混合研磨开始后的3h时向球料筒中加入2g硬脂酸，得到复合材料粉末；所述间歇式混合研磨的研磨时间和间歇时间均为1h，间歇式混合研磨采用的转速为200r/min；
步骤四、在氩气保护下，将步骤三中得到的复合材料粉末填装在放电等离子烧结设备的模具中，在压力为30MPa的条件下保压30min进行冷压处理，得到坯体；
步骤五、在氩气保护下，采用放电等离子烧结对步骤四中得到的坯体进行活化处理，得到活化坯体；所述放电等离子烧结进行活化处理的具体过程为：在30MPa的压力下，对坯体施加脉冲电流加热至200℃保温30min；
步骤六、在氩气保护下，将步骤五中得到的活化坯体进行放电等离子烧结，得到烧结坯体，然后经自然冷却处理，得到硼钨铝复合材料；所述放电等离子烧结的具体过程为：对活化坯体施加50MPa的压力并保持10min，然后施加脉冲电流加热至550℃保温5min。
实施例6
本实施例的硼钨铝复合材料由以下质量百分数的原料制备而成：碳化钨80％，碳化硼3％，钛0.2％，余量为6061铝合金。
本实施例的硼钨铝复合材料的制备方法包括以下步骤：
步骤一、称取160g碳化钨、6.0g碳化硼粉末、0.40g纯钛粉末和33.6g的6061铝合金粉末，然后在氩气保护下分别进行加热；所述加热的条件为：放置于马弗炉中加热至100℃保温1h；
步骤二、在氩气保护下，采用行星球磨机在球磨速度为200r/min的条件下对步骤一中经干燥后的碳化钨、碳化硼粉末和6061铝合金粉末进行间歇式混合研磨10h，研磨介质为1000g氧化铝球，得到混合粉末；所述间歇式混合研磨的研磨时间和间歇时间均为1h；
步骤三、在氩气保护下，将步骤二中得到的混合粉末和步骤一中经干燥后的纯钛粉末放置于V型混合机的球料桶内，然后加入500g三氧化二铝珠进行间歇式混合研磨10h，并在间歇式混合研磨开始后的3h时向球料筒中加入2g硬脂酸，得到复合材料粉末；所述间歇式混合研磨的研磨时间和间歇时间均为1h，间歇式混合研磨采用的转速为200r/min；
步骤四、在氩气保护下，将步骤三中得到的复合材料粉末填装在放电等离子烧结设备的模具中，在压力为30MPa的条件下保压30min进行冷压处理，得到坯体；
步骤五、在氩气保护下，采用放电等离子烧结对步骤四中得到的坯体进行活化处理，得到活化坯体；所述放电等离子烧结进行活化处理的具体过程为：在30MPa的压力下，对坯体施加脉冲电流加热至200℃保温30min；
步骤六、在氩气保护下，将步骤五中得到的活化坯体进行放电等离子烧结，得到烧结坯体，然后经自然冷却处理，得到硼钨铝复合材料；所述放电等离子烧结的具体过程为：对活化坯体施加50MPa的压力并保持10min，然后施加脉冲电流加热至550℃保温5min。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种屏蔽中子和伽马射线的硼钨铝复合材料，其特征在于，该硼钨铝复合材料由以下质量百分数的原料制备而成：钨和/或碳化钨20％～80％，硼、碳化硼和氮化硼中的一种或两种以上1％～10％，钛0.2％～0.5％，余量为铝和/或六系铝合金。
2.一种制备如权利要求1所述的屏蔽中子和伽马射线的硼钨铝复合材料的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、按设计成分配比称取钨粉末和/或碳化钨粉末，硼粉末、碳化硼粉末和氮化硼粉末中的一种或两种以上，钛粉末，以及铝粉末和/或六系铝合金粉末，然后在惰性气体保护下分别进行加热；
步骤二、在惰性气体保护下，将步骤一中经干燥后的钨粉末和/或碳化钨粉末，硼粉末、碳化硼粉末和氮化硼粉末中的一种或两种以上，以及铝粉末和/或六系铝合金粉末进行混合研磨，得到混合粉末；
步骤三、在惰性气体保护下，将步骤二中得到的混合粉末和步骤一中经干燥后的钛粉末放置于V型混合机的球料桶内，然后加入研磨介质进行间歇式混合研磨，得到复合材料粉末；所述间歇式混合研磨开始后的0～3h时向球料筒中加入硬脂酸，所述硬脂酸的加入量为混合粉末质量的1％～3％；
步骤四、在惰性气体保护下，将步骤三中得到的复合材料粉末填装在模具中进行冷压处理，得到坯体；
步骤五、在惰性气体保护下，采用放电等离子烧结对步骤四中得到的坯体进行活化处理，得到活化坯体；
步骤六、在惰性气体保护下，将步骤五中得到的活化坯体进行放电等离子烧结，得到烧结坯体，然后经冷却处理，得到硼钨铝复合材料。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤一中所述加热的条件为：放置于马弗炉中加热至100℃保温1h～2h。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤二中所述混合研磨的具体过程为：采用行星球磨机在球磨速度为60r/min～200r/min的条件下对步骤一中经干燥后的钨粉末和/或碳化钨粉末，硼粉末、碳化硼粉末和氮化硼粉末中的一种或两种以上，以及铝粉末和/或六系铝合金粉末进行间歇式混合研磨2h～10h，所述间歇式混合研磨的研磨时间和间歇时间均为0.5h～1h。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤三中所述间歇式混合研磨采用的转速为60r/min～200r/min，时间为2h～10h，间歇式混合研磨的研磨时间和间歇时间均为0.5h～1h；所述研磨介质为轴承钢珠、三氧化二铝珠、钨珠中的一种或两种以上，所述研磨介质与混合粉末的质量比为(1～5)：1。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤四中所述冷压处理的压力为30MPa～80MPa，保压时间为10min～40min。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤四中所述放电等离子烧结进行活化处理的具体过程为：在30MPa～80MPa的压力下，对坯体施加脉冲电流加热至100℃～400℃保温10min～30min。
8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤六中所述放电等离子烧结的具体过程为：对活化坯体施加50MPa～100MPa的压力并保持10min～30min，然后施加脉冲电流加热至400℃～650℃保温5min～30min。
9.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤六中所述冷却处理为自然冷却或控温冷却，所述控温冷却的具体过程为：当烧结坯体温度高于200℃时采用300℃/min～600℃/min的速率进行降温冷却，当烧结坯体温度低于200℃时采用1℃/min～10℃/min的速率进行降温冷却。
10.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤一～步骤六中所述惰性气体保护采用的气体均为氮气。
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