CN112356534B - 一种辐射防护复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种辐射防护复合材料及其制备方法，所述辐射防护复合材料以聚醚醚酮‑含硼纳米复合材料作为面层，以铝‑含硼纳米复合材料作为中间层，其中，所述中间层的相对两侧均设有所述面层。本发明通过以聚醚醚酮‑含硼纳米复合材料作为面层，以铝‑含硼纳米复合材料作为中间层，形成具有三层结构的复合材料，聚醚醚酮‑含硼纳米复合材料能对铝‑含硼纳米复合材料起到较好的防护作用，避免铝‑含硼纳米材料腐蚀，产生二次电子，造成二次辐射，且聚醚醚酮‑含硼纳米复合材料也具有优异的质子、中子和电子等空间带电粒子辐射防护性能，能减少复合材料中铝‑含硼纳米材料的用量，从而减少辐射防护复合材料的质量。

Description

一种辐射防护复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及空间环境中电子器件防护领域，具体而言，涉及一种辐射防护复合材料及其制备方法。
背景技术
随着我国空间活动和载人航天事业的蓬勃发展，空间粒子的辐射环境和效应研究变得越来越重要，为了满足我国空间事业发展的需求，保障航天器电子元器件和航天员的安全，辐射防护材料需求极其迫切。空间环境中，除了带电粒子，中子也是很重要的一部分，中子不带电，不会直接引起原子的电离与激发，因此中子在材料器件和人体的穿透能力是很强的。中子在材料中可以通过核反应的方式来损失能量，所以中子会造成材料的晶格缺陷核变异，而中子对人体的伤害要远大于对材料的损伤，因此空间中子对航天器材料、器件和航天员的生命安全都造成了很大的危险。对空间带电粒子特别是中子进行辐射防护是载人航天事业蓬勃发展的重要保障，具有重要意义。
深空探测航天器要长时间在行星际空间飞行，如火星探测器飞行时间长达500天以上，遭遇宇宙射线和太阳质子辐射损伤的可能性更大。通常，航天器的传统设计采用铝作为结构材料，能够较好地兼顾工程和辐射防护需求。然而，铝为金属结构材料，其密度较高(2.7g/cm3)，不利于更加有效地降低航天器的结构重量，而且铝不耐腐蚀，会产生二次电子，容易造成二次辐射。随着航天技术的发展，对轻质和高性能的辐射防护材料提出了迫切的需求。
发明内容
本发明旨在解决铝基辐射防护材料质量较重，且其不耐腐蚀，容易造成二次辐射的问题。
为解决上述问题，本发明提供一种辐射防护复合材料，所述辐射防护复合材料以聚醚醚酮-含硼纳米复合材料作为面层，以铝-含硼纳米复合材料作为中间层，其中，所述中间层的相对两侧均设有所述面层。
优选地，所述辐射防护复合材料的厚度为3-20mm。
优选地，所述以聚醚醚酮-含硼纳米复合材料作为面层的厚度为1-5mm，所述以铝-含硼纳米复合材料作为中间层的厚度为1-10mm。
优选地，所述聚醚醚酮-含硼纳米复合材料是以聚醚醚酮作为基体材料，以含硼纳米材料作为掺杂材料，所述含硼纳米材料的掺杂量为5-50wt％。
优选地，所述铝-含硼纳米复合材料是以铝粉作为基体材料，以含硼纳米材料作为掺杂材料，所述含硼纳米材料的掺杂量为5-50wt％。
优选地，所述含硼纳米材料为B4C、BN和BN-C中的一种或几种的混合。
本发明还提供了一种如上任一项所述的辐射防护复合材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤S1、制备聚醚醚酮-含硼纳米复合材料，并制备铝-含硼纳米复合材料；
步骤S2、依次按照所述聚醚醚酮-含硼纳米复合材料、所述铝-含硼纳米复合材料和所述聚醚醚酮-含硼纳米复合材料的顺序将几种复合材料叠加，经过热压成型后，得到所述辐射防护复合材料。
优选地，所述步骤S1中，所述制备聚醚醚酮-含硼纳米复合材料包括：将含硼纳米材料添加到聚醚醚酮粉末中，通过球磨得到混合均匀的掺杂粉末，将所述掺杂粉末铺在模具中，并通过热压工艺制得预设厚度的所述聚醚醚酮-含硼纳米复合材料。
优选地，所述球磨采用球磨机正转10min、反转10min和间歇5min的方式进行，所述球磨时间为2-10h。
优选地，所述通过热压工艺制得预设厚度的所述聚醚醚酮-含硼纳米复合材料包括：先用10-80Mpa的压力预压所述掺杂粉末，再于1-10Mpa下，通过程序升温将温度升至360-400℃对所述掺杂粉末进行热压，热压完后，经过排气和保温保压1-2h，自然冷却后，得到预设厚度的所述聚醚醚酮-含硼纳米复合材料；其中，所述程序升温采用如下方法：先升温至100℃保温0.5-1h，再升温至200℃保温0.5-1h，然后升温至300℃保温0.5-1h，最后升温至360-400℃。优选地，所述步骤S1中，所述制备铝-含硼纳米复合材料包括：将含硼纳米材料添加到铝粉中，通过球磨得到混合均匀的粉末，将所述粉末铺在模具中，并通过粉末冶金工艺制得预设厚度的所述铝-含硼纳米复合材料。
优选地，所述球磨制备混合均匀的粉末时，球料比为5-50：1，所述球磨转速为200-500r/min。
优选地，所述通过粉末冶金工艺制备预设厚度的所述铝-含硼纳米复合材料包括：先用20-100MPa的压力将粉末预压成型，再将所述预压成型的粉末放入真空压力炉中，在温度为100-1000℃，压力为10-100MPa下进行加热，加热完后经过保温和自然冷却，得到预设厚度的所述铝-含硼纳米复合材料。
优选地，所述步骤S2中，所述采用热压成型制备辐射防护复合材料包括：在5-20MPa下，通过程序升温将温度升至360-400℃对依次按顺序叠加后的几种复合材料进行热压，热压完后，经过排气和保温保压1-2h，自然冷却后，得到所述辐射防护复合材料；其中，所述程序升温采用如下方法：先升温至100℃保温0.5-1h，再升温至200℃保温0.5-1h，然后升温至300℃保温0.5-1h，最后升温至360-400℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明以聚醚醚酮-含硼纳米复合材料作为面层，聚醚醚酮具有密度小、机械性能优异、耐腐蚀的特点，将其与含硼纳米材料复合后，得到的聚醚醚酮-含硼纳米复合材料既具有优异的质子、中子和电子等空间带电粒子辐射防护性能，又具有优异的机械性能和耐腐蚀性能，且其密度小、质量轻；将铝和含硼纳米材料复合后，得到的铝-含硼纳米复合材料既具有优异的导电导热性能，又具有较好的质子、中子和电子等空间带电粒子辐射防护性能；以聚醚醚酮-含硼纳米复合材料作为面层，以铝-含硼纳米复合材料作为中间层，形成具有三层结构的复合材料，聚醚醚酮-含硼纳米复合材料能对铝-含硼纳米复合材料起到较好的防护作用，避免铝-含硼纳米材料腐蚀，产生二次电子，造成二次辐射，且聚醚醚酮-含硼纳米复合材料也具有优异的质子、中子和电子等空间带电粒子辐射防护性能，能减少复合材料中铝-含硼纳米材料的用量，从而减少辐射防护复合材料的质量；
2、本发明是发展轻质、高性能的辐射防护材料的有效途径，本发明提供的辐射防护复合材料能够成为极具潜力的用于微电子器件中子防辐射材料；
3、本发明提供的辐射防护复合材料的制备方法步骤简单，原料成本低廉，实用性较好，且制得的辐射防护复合材料的均匀性和致密度更高，有利于提高辐射防护复合材料的辐射防护性能、机械性能和耐腐蚀性能。
附图说明
图1为本发明实施例提供的辐射防护复合材料的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的辐射防护复合材料的制备方法的流程图；
图3为本发明实施例6中子透过率随B4C含量的变化结果图；
图4为本发明实施例7中子透过率随铝-含硼纳米复合材料厚度变化的结果图；
图5为本发明实施例8中子透过率随下层聚醚醚酮-含硼纳米复合材料厚度变化的结果图。
附图标记说明：
1-聚醚醚酮-含硼纳米复合材料；2-铝-含硼纳米复合材料；3-聚醚醚酮-含硼纳米复合材料。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
另外，术语“包含”、“包括”、“含有”、“具有”的含义是非限制性的，即可加入不影响结果的其它步骤和其它成分。如无特殊说明的，材料、设备、试剂均为市售。
此外，本发明虽然对制备中的各步骤进行了如S1、S2等形式的描述，但此描述方式仅为了便于理解，如S1、S2等形式并不表示对各步骤先后顺序的限定。
图1为本发明提供的辐射防护复合材料的结构示意图。结合图1所示，本发明提供了一种辐射防护复合材料，该辐射防护复合材料以聚醚醚酮-含硼纳米复合材料作为面层，以铝-含硼纳米复合材料作为中间层，其中，中间层的相对两侧均设有面层。
具体地，该辐射防护复合材料的厚度为3-20mm。为了能进一步减少中子的透过率，提高屏蔽中子的能力，并减轻该辐射防护复合材料的重量，优选地，该辐射防护复合材料的厚度为4-12mm。
本发明中以聚醚醚酮-含硼纳米复合材料作为面层，以铝-含硼纳米复合材料作为中间层，该辐射防护复合材料的厚度为两层面层和中间层厚度的总和，本领域的技术人员可以根据需求改变面层和中间层的厚度，只要能使该辐射防护复合材料的总厚度为3-20mm即可。但为了使该辐射防护材料具有较好的屏蔽中子的能力，又具有较好的抗辐照性能和耐腐蚀性能，优选地，以聚醚醚酮-含硼纳米复合材料作为面层的厚度为1-5mm，以铝-含硼纳米复合材料作为中间层的厚度为1-10mm。更优选地，以聚醚醚酮-含硼纳米复合材料作为面层的厚度为2-4mm，以铝-含硼纳米复合材料作为中间层的厚度为3-10mm。
具体地，聚醚醚酮-含硼纳米复合材料是以聚醚醚酮作为基体材料，以含硼纳米材料作为掺杂材料，含硼纳米材料的掺杂量为5-50wt％。其中，聚醚醚酮的密度为1.35g/cm3，其具有耐高温、机械性能优异、自润滑性好和耐腐蚀的特点。
为了进一步提高屏蔽中子的能力，并充分分散含硼纳米材料，防止含硼纳米材料团聚，以及进一步提高该辐射防护复合材料的力学性能，优选地，含硼纳米材料的掺杂量为10-30wt％。
具体地，铝-含硼纳米复合材料是以铝粉作为基体材料，以含硼纳米材料作为掺杂材料，含硼纳米材料的掺杂量为5-50wt％。为了进一步提高屏蔽中子的能力，并提高该辐射防护复合材料的导电导热性能，优选地，含硼纳米材料的掺杂量为10-30wt％。
优选地，含硼纳米材料为B4C、BN和BN-C中的一种或几种的混合。需要说明的是，聚醚醚酮-含硼纳米复合材料和铝-含硼纳米复合材料中的含硼纳米材料可以相同，也可以不同，本领域的技术人员可以根据实际情况进行调整。
结合图2所示，本发明提供了上述辐射防护复合材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤S1、制备聚醚醚酮-含硼纳米复合材料，并制备铝-含硼纳米复合材料；
步骤S2、依次按照聚醚醚酮-含硼纳米复合材料、铝-含硼纳米复合材料和聚醚醚酮-含硼纳米复合材料的顺序将几种复合材料叠加，经过热压成型后，得到辐射防护复合材料。
具体地，在步骤S1中，制备聚醚醚酮-含硼纳米复合材料包括：将含硼纳米材料添加到聚醚醚酮粉末中，通过球磨得到混合均匀的掺杂粉末，将该掺杂粉末铺在模具中，并通过热压工艺制得预设厚度的聚醚醚酮-含硼纳米复合材料。
其中，含硼纳米材料的掺杂量为5-50wt％。优选地，含硼纳米材料的掺杂量为10-30wt％。
优选地，制备掺杂粉末时，采用球磨机正转10min、反转10min和间歇5min的方式进行球磨，球磨时间为2-10h，制备掺杂粉末，以保证掺杂粉末中含硼纳米材料充分分散于聚醚醚酮中。
通过热压工艺制得预设厚度的聚醚醚酮-含硼纳米复合材料包括：先用10-80Mpa的压力预压掺杂粉末，再于1-10Mpa下，通过程序升温将温度升至360-400℃对掺杂粉末进行热压，热压完后，经过排气和保温保压1-2h，自然冷却后，得到预设厚度的聚醚醚酮-含硼纳米复合材料。
其中，程序升温采用如下方法：先升温至100℃保温0.5-1h，再升温至200℃保温0.5-1h，然后升温至300℃保温0.5-1h，最后升温至360-400℃。
热压工艺中通过先预压、再程序升温进行热压，以及热压完后进行排气和保温保压，以制备得到更均匀和致密度更高的聚醚醚酮-含硼纳米复合材料。
具体地，在步骤S1中，制备铝-含硼纳米复合材料包括：将含硼纳米材料添加到铝粉中，通过球磨得到混合均匀的粉末，将该粉末铺在模具中，并通过粉末冶金工艺制备预设厚度的铝-含硼纳米复合材料。
其中，含硼纳米材料的掺杂量为5-50wt％。优选地，含硼纳米材料的掺杂量为10-30wt％。
球磨制备混合均匀的粉末时，球料比为5-50：1，球磨转速为200-500r/min。
通过粉末冶金工艺制备预设厚度的铝-含硼纳米复合材料包括：先用20-100MPa的压力将粉末预压成型，再将预压成型的粉末放入真空压力炉中，在温度为100-1000℃，压力为10-100MPa下加热预压成型的粉末，加热完后经过保温和自然冷却，得到预设厚度的铝-含硼纳米复合材料。
具体地，在步骤S2中，采用热压成型制备辐射防护复合材料包括：在5-20MPa下，通过程序升温将温度升至360-400℃对依次按顺序叠加后的几种复合材料进行热压，热压完后，经过排气和保温保压1-2h，自然冷却后，得到辐射防护复合材料。
其中，程序升温采用如下方法：先升温至100℃保温0.5-1h，再升温至200℃保温0.5-1h，然后升温至300℃保温0.5-1h，最后升温至360-400℃。
需要说明的是，本发明中对聚醚醚酮-含硼纳米复合材料和铝-含硼纳米复合材料的预设厚度不做进一步的限定，本领域的技术人员可以根据需求改变聚醚醚酮-含硼纳米复合材料和铝-含硼纳米复合材料的预设厚度，只要能使制备得到的辐射防护复合材料的总厚度为3-20mm即可。但为了使该辐射防护材料具有较好的屏蔽中子的能力，又具有较好的抗辐照性能和耐腐蚀性能，优选地，聚醚醚酮-含硼纳米复合材料的预设厚度为1-5mm，铝-含硼纳米复合材料的预设厚度为1-10mm。更优选地，聚醚醚酮-含硼纳米复合材料的预设厚度为2-4mm，铝-含硼纳米复合材料的预设厚度为3-10mm。为了对本发明进行进一步详细说明，下面将结合具体实施例对本发明进行进一步说明。本发明中的实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法；本发明中的实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均为市场购买所得。
实施例1
本实施例提供了一种辐射防护复合材料，该辐射防护复合材料以聚醚醚酮-含硼纳米复合材料作为面层，以铝-含硼纳米复合材料作为中间层，中间层的相对两侧均设有面层，其中，聚醚醚酮-含硼纳米复合材料的单面厚度为1mm(即上下两面层的厚度均为1mm)，铝-含硼纳米复合材料的厚度为3mm，且聚醚醚酮-含硼纳米复合材料和铝-含硼纳米复合材料中的含硼纳米材料均为纳米碳化硼(以下简称B4C)，且B4C的掺杂量均为5wt％。
本实施例还提供了一种辐射防护复合材料的制备方法，包括如下步骤：
1.1按照掺杂量为5wt％将纳米碳化硼添加到聚醚醚酮粉末中，并采用星球磨机正转10min、反转10min和间歇5min的方式进行球磨，持续球磨为3h，得到混合均匀得掺杂粉末，将该掺杂粉末铺在模具中，先用10Mpa的压力预压掺杂粉末，再于5Mpa下先升温至100℃保温1h，再升温至200℃保温1h，然后升温至300℃保温1h，最后升温至380℃对掺杂粉末进行热压，热压完后，经过排气和保温保压1h，自然冷却后，得到厚度为1mm的聚醚醚酮-含硼纳米复合材料；
1.2按照掺杂量为5wt％将纳米碳化硼添加到铝粉中，并按照球料比为10：1，在转速为250r/min下进行球磨，球磨4h后，得到混合均匀的粉末，将该粉末铺在模具中，并用60MPa的压力将粉末预压成型，再将预压成型的粉末放入真空压力炉中，在温度为500℃，压力为50MPa下加热预压成型的粉末，加热完后经过保温和自然冷却，得到厚度为3mm的铝-含硼纳米复合材料；
1.3依次按照聚醚醚酮-含硼纳米复合材料、铝-含硼纳米复合材料和聚醚醚酮-含硼纳米复合材料的顺序将几种复合材料叠加放入模具中，在5MPa下先升温至100℃保温1h，再升温至200℃保温1h，然后升温至300℃保温1h，最后升温至380℃对依次按顺序叠加后的几种复合材料进行热压，热压完后，经过排气和保温保压1h，自然冷却后，得到辐射防护复合材料。
实施例2
本实施例提供了一种辐射防护复合材料，该辐射防护复合材料以聚醚醚酮-含硼纳米复合材料作为面层，以铝-含硼纳米复合材料作为中间层，中间层的相对两侧均设有面层，其中，聚醚醚酮-含硼纳米复合材料的单面厚度为1mm，铝-含硼纳米复合材料的厚度为1mm，且聚醚醚酮-含硼纳米复合材料和铝-含硼纳米复合材料中的含硼纳米材料均为纳米氮化硼，且纳米氮化硼的掺杂量均为10wt％。
本实施例还提供了一种辐射防护复合材料的制备方法，包括如下步骤：
2.1按照掺杂量为10wt％将纳米氮化硼添加到聚醚醚酮粉末中，并采用星球磨机正转10min、反转10min和间歇5min的方式进行球磨，持续球磨为5h，得到混合均匀得掺杂粉末，将该掺杂粉末铺在模具中，先用30Mpa的压力预压掺杂粉末，再于10Mpa下先升温至100℃保温0.5h，再升温至200℃保温0.5h，然后升温至300℃保温0.5h，最后升温至400℃对掺杂粉末进行热压，热压完后，经过排气和保温保压2h，自然冷却后，得到厚度为1mm的聚醚醚酮-含硼纳米复合材料；
2.2按照掺杂量为10wt％将纳米氮化硼添加到铝粉中，并按照球料比为5：1，在转速为200r/min下进行球磨，球磨4h后，得到混合均匀的粉末，将该粉末铺在模具中，并用20MPa的压力将粉末预压成型，再将预压成型的粉末放入真空压力炉中，在温度为300℃，压力为70MPa下加热预压成型的粉末，加热完后经过保温和自然冷却，得到厚度为1mm的铝-含硼纳米复合材料；
2.3依次按照聚醚醚酮-含硼纳米复合材料、铝-含硼纳米复合材料和聚醚醚酮-含硼纳米复合材料的顺序将几种复合材料叠加放入模具中，在10MPa下先升温至100℃保温0.5h，再升温至200℃保温0.5h，然后升温至300℃保温0.5h，最后升温至400℃对依次按顺序叠加后的几种复合材料进行热压，热压完后，经过排气和保温保压2h，自然冷却后，得到辐射防护复合材料。
实施例3
本实施例提供了一种辐射防护复合材料，该辐射防护复合材料以聚醚醚酮-含硼纳米复合材料作为面层，以铝-含硼纳米复合材料作为中间层，中间层的相对两侧均设有面层，其中，聚醚醚酮-含硼纳米复合材料的单面厚度为1mm，铝-含硼纳米复合材料的厚度为5mm，且聚醚醚酮-含硼纳米复合材料和铝-含硼纳米复合材料中的含硼纳米材料均为纳米碳化硼，且B4C的掺杂量均为30wt％。
本实施例还提供了一种辐射防护复合材料的制备方法，包括如下步骤：
3.1按照掺杂量为30wt％将纳米碳化硼添加到聚醚醚酮粉末中，并采用星球磨机正转10min、反转10min和间歇5min的方式进行球磨，持续球磨为8h，得到混合均匀得掺杂粉末，将该掺杂粉末铺在模具中，先用50Mpa的压力预压掺杂粉末，再于10Mpa下先升温至100℃保温1h，再升温至200℃保温1h，然后升温至300℃保温1h，最后升温至360℃对掺杂粉末进行热压，热压完后，经过排气和保温保压1h，自然冷却后，得到厚度为1mm的聚醚醚酮-含硼纳米复合材料；
3.2按照掺杂量为30wt％将纳米碳化硼添加到铝粉中，并按照球料比为20：1，在转速为500r/min下进行球磨，球磨4h后，得到混合均匀的粉末，将该粉末铺在模具中，并用80MPa的压力将粉末预压成型，再将预压成型的粉末放入真空压力炉中，在温度为800℃，压力为30MPa下加热预压成型的粉末，加热完后经过保温和自然冷却，得到厚度为5mm的铝-含硼纳米复合材料；
3.3依次按照聚醚醚酮-含硼纳米复合材料、铝-含硼纳米复合材料和聚醚醚酮-含硼纳米复合材料的顺序将几种复合材料叠加放入模具中，在10MPa下先升温至100℃保温1h，再升温至200℃保温1h，然后升温至300℃保温1h，最后升温至360℃对依次按顺序叠加后的几种复合材料进行热压，热压完后，经过排气和保温保压1h，自然冷却后，得到辐射防护复合材料。
实施例4
本实施例提供了一种辐射防护复合材料，该辐射防护复合材料以聚醚醚酮-含硼纳米复合材料作为面层，以铝-含硼纳米复合材料作为中间层，中间层的相对两侧均设有面层，其中，聚醚醚酮-含硼纳米复合材料的单面厚度为3mm，铝-含硼纳米复合材料的厚度为3mm，且聚醚醚酮-含硼纳米复合材料和铝-含硼纳米复合材料中的含硼纳米材料均为纳米碳化硼，且B4C的掺杂量均为20wt％。
该辐射防护复合材料的制备方法与实施例1中辐射防护复合材料的制备方法相同，区别仅在于B4C的掺杂量和聚醚醚酮-含硼纳米复合材料的厚度不同。
实施例5
本实施例提供了一种辐射防护复合材料，该辐射防护复合材料以聚醚醚酮-含硼纳米复合材料作为面层，以铝-含硼纳米复合材料作为中间层，中间层的相对两侧均设有面层，其中，聚醚醚酮-含硼纳米复合材料的单面厚度为5mm，铝-含硼纳米复合材料的厚度为3mm，且聚醚醚酮-含硼纳米复合材料和铝-含硼纳米复合材料中的含硼纳米材料均为纳米碳化硼，且B4C的掺杂量均为40wt％。
该辐射防护复合材料的制备方法与实施例1中辐射防护复合材料的制备方法相同，区别仅在于B4C的掺杂量和聚醚醚酮-含硼纳米复合材料的厚度不同。
实施例6
本实施例提供了几种掺杂不同含量的含硼纳米材料的辐射防护复合材料，聚醚醚酮-含硼纳米复合材料的单面厚度均为1mm，铝-含硼纳米复合材料的厚度均为3mm，且聚醚醚酮-含硼纳米复合材料和铝-含硼纳米复合材料中的含硼纳米材料均为B4C，且两种复合材料中B4C的掺杂量均相同，区别在于，每种辐射防护复合材料中，B4C的掺杂量不同，具体为：
分别采用B4C的掺杂量为5wt％、10wt％、15wt％、20wt％、30wt％、40wt％和50wt％的聚醚醚酮-含硼纳米复合材料作为面层；并分别采用B4C的掺杂量为5wt％、10wt％、15wt％、20wt％、30wt％、40wt％和50wt％的铝-含硼纳米复合材料作为中间层，且面层和中间层中B4C的掺杂量相同。
这几种辐射防护复合材料的制备方法，除纳米碳化硼的掺杂量不同外，其余的制备方法与实施例1中的制备方法相同。
测试这几种辐射防护复合材料的中子透过率，得到中子透过率随B4C含量的变化结果图，如图3所示。由图3可以看出，随着辐射防护复合材料中B4C含量的增加，中子透过率急剧下降，但当辐射防护复合材料中B4C掺杂到30wt％时，中子透过率基本没有变化；且由图3可以看出，当B4C含量为10-30％时，辐射防护复合材料就具有良好的屏蔽中子透过的能力。
实施例7
本实施例提供了几种中间层厚度不同的含硼纳米材料的辐射防护复合材料，作为面层的聚醚醚酮-含硼纳米复合材料的单面厚度均为1mm，以铝-含硼纳米复合材料作为中间层，且聚醚醚酮-含硼纳米复合材料和铝-含硼纳米复合材料中的含硼纳米材料均为B4C，且两种复合材料中B4C的掺杂量均为5wt％，区别在于，每种辐射防护复合材料中，作为中间层的铝-含硼纳米复合材料的厚度不同，具体为：
分别采用厚度为1mm、3mm、5mm、7mm、10mm和12mm的铝-含硼纳米复合材料作为中间层。
这几种辐射防护复合材料的制备方法，除复合材料的厚度不同外，其余的制备方法与实施例1中的制备方法相同。
测试这几种辐射防护复合材料的中子透过率，得到中子透过率随铝-含硼纳米复合材料厚度变化的结果图，如图4所示。由图4可以看出，随着铝-含硼纳米复合材料厚度的增加，中子透过率急剧下降，但当辐射防护复合材料中铝-含硼纳米复合材料的厚度达到10mm时，中子透过率基本没有变化；且由图4可以看出，当铝-含硼纳米复合材料的厚度为1-10mm时，辐射防护复合材料就具有良好的屏蔽中子透过的能力，当铝-含硼纳米复合材料的厚度为3-10mm时，辐射防护复合材料既具有较佳的屏蔽中子透过的能力，又有利于进一步减轻辐射防护复合材料的质量。
实施例8
本实施例提供了几种面层厚度不同的含硼纳米材料的辐射防护复合材料，作为上层的聚醚醚酮-含硼纳米复合材料的厚度均为1mm，作为中间层的铝-含硼纳米复合材料的厚度均为1mm，且聚醚醚酮-含硼纳米复合材料和铝-含硼纳米复合材料中的含硼纳米材料均为B4C，且两种复合材料中B4C的掺杂量均为5wt％，区别在于，每种辐射防护复合材料中，作为下层的聚醚醚酮-含硼纳米复合材料的厚度不同，具体为：
分别采用厚度为1mm、2mm、3mm、4mm和5mm的聚醚醚酮-含硼纳米复合材料作为下层。
这几种辐射防护复合材料的制备方法，除复合材料的厚度不同外，其余的制备方法与实施例1中的制备方法相同。
测试这几种辐射防护复合材料的中子透过率，得到中子透过率随下层聚醚醚酮-含硼纳米复合材料厚度变化的结果图，如图5所示。由图5可以看出，随着下层聚醚醚酮-含硼纳米复合材料厚度的增加，中子透过率急剧下降，但当辐射防护复合材料中下层聚醚醚酮-含硼纳米复合材料的厚度达到4mm时，中子透过率基本没有变化；且由图5可以看出，当聚醚醚酮-含硼纳米复合材料的厚度为1-5mm时，辐射防护复合材料就具有良好的屏蔽中子透过的能力，当聚醚醚酮-含硼纳米复合材料的厚度为2-4mm时，辐射防护复合材料既具有较佳的屏蔽中子透过的能力，又有利于进一步减轻辐射防护复合材料的质量。
虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种辐射防护复合材料，其特征在于，所述辐射防护复合材料以聚醚醚酮-含硼纳米复合材料作为面层，以铝-含硼纳米复合材料作为中间层，其中，所述中间层的相对两侧均设有所述面层；
所述聚醚醚酮-含硼纳米复合材料是以聚醚醚酮作为基体材料，以含硼纳米材料作为掺杂材料，所述含硼纳米材料的掺杂量为5-50wt％；
所述铝-含硼纳米复合材料是以铝粉作为基体材料，以含硼纳米材料作为掺杂材料，所述含硼纳米材料的掺杂量为5-50wt％；
所述含硼纳米材料为B4C、BN和BN-C中的一种或几种的混合。
2.根据权利要求1所述的辐射防护复合材料，其特征在于，所述辐射防护复合材料的厚度为3-20mm。
3.根据权利要求2所述的辐射防护复合材料，其特征在于，所述以聚醚醚酮-含硼纳米复合材料作为面层的厚度为1-5mm，所述以铝-含硼纳米复合材料作为中间层的厚度为1-10mm。
4.一种辐射防护复合材料的制备方法，用于制备如权利要求1-3任一项所述的辐射防护复合材料，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、制备聚醚醚酮-含硼纳米复合材料，并制备铝-含硼纳米复合材料；
步骤S2、依次按照所述聚醚醚酮-含硼纳米复合材料、所述铝-含硼纳米复合材料和所述聚醚醚酮-含硼纳米复合材料的顺序将几种复合材料叠加，经过热压成型后，得到所述辐射防护复合材料。
5.根据权利要求4所述的辐射防护复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述制备聚醚醚酮-含硼纳米复合材料包括：将含硼纳米材料添加到聚醚醚酮粉末中，通过球磨得到混合均匀的掺杂粉末，将所述掺杂粉末铺在模具中，并通过热压工艺制得预设厚度的所述聚醚醚酮-含硼纳米复合材料。
6.根据权利要求5所述的辐射防护复合材料的制备方法，其特征在于，
所述球磨采用球磨机正转10min、反转10min和间歇5min的方式进行，所述球磨时间为2-10h；
所述通过热压工艺制得预设厚度的所述聚醚醚酮-含硼纳米复合材料包括：先用10-80Mpa的压力预压所述掺杂粉末，再于1-10Mpa下，通过程序升温将温度升至360-400℃对所述掺杂粉末进行热压，热压完后，经过排气和保温保压1-2h，自然冷却后，得到预设厚度的所述聚醚醚酮-含硼纳米复合材料；其中，所述程序升温采用如下方法：先升温至100℃保温0.5-1h，再升温至200℃保温0.5-1h，然后升温至300℃保温0.5-1h，最后升温至360-400℃。
7.根据权利要求4所述的辐射防护复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述制备铝-含硼纳米复合材料包括：将含硼纳米材料添加到铝粉中，通过球磨得到混合均匀的粉末，将所述粉末铺在模具中，并通过粉末冶金工艺制得预设厚度的所述铝-含硼纳米复合材料。
8.根据权利要求7所述的辐射防护复合材料的制备方法，其特征在于，
所述球磨制备混合均匀的粉末时，球料比为5-50：1，所述球磨转速为200-500r/min；
所述通过粉末冶金工艺制备预设厚度的所述铝-含硼纳米复合材料包括：先用20-100MPa的压力将粉末预压成型，再将所述预压成型的粉末放入真空压力炉中，在温度为100-1000℃，压力为10-100MPa下进行加热，加热完后经过保温和自然冷却，得到预设厚度的所述铝-含硼纳米复合材料。
9.根据权利要求4所述的辐射防护复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述采用热压成型制备辐射防护复合材料包括：在5-20MPa下，通过程序升温将温度升至360-400℃对依次按顺序叠加后的几种复合材料进行热压，热压完后，经过排气和保温保压1-2h，自然冷却后，得到所述辐射防护复合材料；其中，所述程序升温采用如下方法：先升温至100℃保温0.5-1h，再升温至200℃保温0.5-1h，然后升温至300℃保温0.5-1h，最后升温至360-400℃。
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