CN117965987A - 一种耐高温核屏蔽用钇硅合金材料、制备方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐高温核屏蔽用钇硅合金材料，本发明钇硅合金主要成分按照如下质量百分比组成：Si：0.5～5.0，其余部分为Y和不可避免的杂质。在高温600‑1000℃环境下，可作为耐高温中子复合屏蔽材料使用，同时屏蔽快中子并吸收热中子。本发明经配料和特种工艺熔炼后，浇注成型，经热锻或热压、热轧、冷轧和退火、氢化等工艺，最终制得耐高温核屏蔽用钇硅合金板材。本发明有效地降低了钇基合金晶粒尺寸，提高了钇基合金的抗氢致开裂能力、耐热性能、热加工性及复合屏蔽能力，同时可以大幅度降低原材料成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种钇硅基合金材料，特别是涉及一种耐高温核屏蔽用钇硅合金材料，应用于核功能特种合金材料技术领域。
背景技术
目前报导在空间堆得到应用的金属氢化物中子屏蔽材料包括LiH、ZrH2和TiH2，但其分解温度都在800℃以下。而YH2同样具有良好的中子屏蔽性能，且表现出更为优异的热稳定性，分解温度高达1200℃，但是现有钇合金晶粒尺寸达数百微米，不规则的粗大晶粒导致钇基合金在吸氢时由于各部分吸氢量及吸氢速率差异过大而产生应力集中，进而导致吸氢开裂，大块的工程化应用的氢化钇生产困难。
此外，稀土元素钇还存在化学性质较为活泼的问题，在高温、水环境下容易与氧、氮等反应，在核反应堆的高温工况下可能发生高温氧化行为。此外，单一的氢化钇只能屏蔽快中子，而对热中子的屏蔽能力较弱，而对钇基合金的改性，如添加B元素，虽然能够较好的实现晶粒细化和提高热中子吸收能力，但硼吸收中子后会释放氦气，存在辐照肿胀的问题。
专利文献公开号为CN115652164A的技术公开了一种耐高温中子屏蔽用抗氢致开裂钇基合金材料，组成为：C：0.05-5.05％，Zr：0.05-15.0％，且满足C≤1.3％+0.25Zr，其余成分为钇和不可避免的杂质。利用碳、锆分别在高温钇中具有一定的固溶度，而碳与锆又形成高熔点ZrC，钇基合金在凝固过程中ZrC起细化晶粒的作用，从而使晶粒细小的钇基合金在随后的热加工和高温氢化过程中不开裂，保持较高的强度和韧性。本技术中添加了没有中子屏蔽作用的碳元素，损失了一部分钇基合金的热中子及γ射线屏蔽能力，对合金的高温中子屏蔽性能带来部分不利影响。锆原子的热中子吸收截面为0.180±0.004ba，添加较低的热中子吸收截面的元素，对钇基合金材料的耐高温核屏蔽性能的提升作用有限，且材料密度较高。
专利文献公开号为CN115652163A的技术公开了一种耐高温中子复合屏蔽钇基合金材料，其主要成分按照如下质量百分比组成：C：0.05-2.65％，Hf：0.05-20.0％，且满足C≤1.3％+0.07Hf，其余成分为钇和不可避免的杂质。本技术中添加了没有中子屏蔽作用的碳元素，损失了一部分钇基合金的热中子及γ射线屏蔽能力，对合金的高温中子屏蔽性能带来部分不利影响。此外，Hf元素的热中子吸收截面为115ba，远低于Dy、Gd的热中子吸收截面(Dy元素的热中子吸收截面为1100ba，Gd元素的热中子吸收截面为46000ba)，碳与铪又形成高熔点HfC，材料中添加较低的热中子吸收截面的元素，对钇基合金材料的耐高温核屏蔽性能的提升作用有限。
专利文献公开号为CN115341126A的技术公开了一种耐高温中子慢化及吸收一体化复合屏蔽钇基合金材料，其特征在于，所述钇基合金材料的主要成分按照如下质量百分比(％)组成：B：0.05～10.0％，Cr≤10.0％，Al≤10.0％；其余成分为钇和不可避免的杂质。为了提高材料的抗氧化性能添加较低的热中子吸收截面的元素Cr和Al，对钇基合金材料的耐高温核屏蔽性能的提升作用有限，且对材料的防开裂能力的提升有限。
上述不利于加工及工程应用的性质限制了钇基合金的发展，随着各种应用场景对能源需求的不断提高，微型反应堆的屏蔽指标要求相应提高，因此迫切需要开发具有低密度、耐高温、抗氧化和强屏蔽能力的新型核屏蔽用钇基合金材料。
发明内容
为了解决现有材料和技术存在的问题，本发明的目的在于克服已有材料和技术存在的不足，提供一种耐高温核屏蔽用钇硅合金材料，制备一种耐高温核屏蔽用钇硅合金材料。本发明的耐高温核屏蔽用钇硅合金材料的晶粒细小、抗高温氧化、耐辐照，既能屏蔽快中子又能吸收热中子，生产工艺简单，易加工。本发明可以用作空间堆、车载堆或聚变堆等先进堆中的中子复合屏蔽体。
为达到上述发明目的，本发明创造采用如下发明构思：
硅具有化学性质稳定，不与氢反应、中子活性低、不发生辐照肿胀等特性，钇硅合金在氢化过程中内应力分散不易开裂，在中子辐照后放射性低。同时硅与钇能够形成高熔点化合物Si3Y5，在钇基合金凝固过程中，Si3Y5能够起到细化晶粒的作用，从而使得晶粒细小均匀的钇基合金在随后的热加工和高温氢化过程中不开裂，保持较高的强度和韧性。晶粒细化的钇基合金具有优异的热加工性、耐高温等特点。此外，硅的加入提高了钇基合金的抗腐蚀性能。本发明通过大量实验发现，在钇基合金中加入合适比例的硅、镝或钆等元素，通过特种真空熔炼工艺，可制备得到耐高温、屏蔽能力强、强韧性好的钇硅合金。本发明中的耐高温核屏蔽用钇硅合金材料具有晶粒细小、密度低、强韧性好、耐高温、耐腐蚀性能好等优点。
根据上述发明构思，本发明采用如下技术方案：
一种耐高温核屏蔽用钇硅合金材料，其主要成分按照如下质量百分比组成：Si：0.5-5.0wt.％，其余成分为钇和不可避免的杂质。
优选地，本发明所述耐高温核屏蔽用钇硅合金材料，其组分还含有Dy、Gd中任意一种元素或任意多种元素，且Dy≤15.0wt.％，或Gd≤15.0wt.％。
优选地，本发明所述的耐高温核屏蔽用钇硅合金材料，其成分按照如下质量百分比组成：Si：0.5-2.5，Dy≤10.0％，Gd≤10.0％，其余成分为钇和不可避免的杂质。
优选地，本发明所述的耐高温核屏蔽用钇硅合金材料，其合金晶粒大小在10～40μm，实现晶粒细化，钇与硅形成高熔点化合物Si3Y5。
本发明的主要元素成分的作用如下：
Y具有较小的密度，氢化钇具有较高的分解温度，在高温下具有优异屏蔽快中子的能力。
Si元素具有中子活性低、不发生辐照肿胀、不与氢反应等优异性能，同时与钇形成高熔点Si3Y5，起细化晶粒的作用，本发明优选Si的用量为0.5-2.5。
Dy元素能提高钇基合金的热中子及γ射线屏蔽能力，本发明优选Dy的用量≤10.0％。
Gd元素能提高钇基合金的热中子及γ射线屏蔽能力，本发明优选Gd的用量≤10.0％。
一种本发明所述的耐高温核屏蔽用钇硅合金材料的制备方法，包括如下步骤：
a.采用特种真空熔炼工艺，在原料配料时，主要原料成分按照如下质量百分比组成进行原料配料：Si：0.5-5.0，其余原料成分为钇和不可避免的杂质，将配料后称量的全部原料进行冶炼，得到合金熔体，并浇铸成型，得到合金铸锭；
b.将在所述步骤a中制备的合金铸锭依次经热锻或热压，然后进行热轧、冷轧、退火及氢化工艺，最终制得耐高温核屏蔽用钇硅合金材料。
优选地，在所述步骤a中，所制备的耐高温核屏蔽用钇硅合金材料板材的成分按照如下质量百分比组成：Si：0.5-5.0，Dy≤15.0％或Gd≤15.0％，其余成分为钇和不可避免的杂质。
作为本发明的进一步优选的制备方法，在上述步骤a中，主要原料成分按照如下质量百分比组成进行原料配料：Si：0.5-5.0，Dy≤15.0，Gd≤15.0，其余成分为钇和不可避免的杂质。
更进一步优选地，在所述步骤a中，原料成分按照如下质量百分比组成进行原料配料：Si：0.5-2.5，Dy：0-10.0％；Gd：0-10.0％，其余成分为钇和不可避免的杂质。
优选地，在所述步骤a中，采用真空熔炼工艺，将准备的原料放入真空炉中，抽真空至压力不高于3×10-3Pa，然后通入高纯氩气作为保护气氛；然后进行升温加热，按照不低于10℃/min的升温速率，升温至不低于1700℃，并保温熔炼至少10min，得到合金熔体，并浇铸成型。
优选地，在所述步骤b中，将在所述步骤a中制备的合金熔体浇铸成型得到的合金铸锭进行热压、热轧处理，其中，控制热压加工温度不低于800℃，热轧温度不低于850℃，反复轧制至少3次；再进行冷轧轧制至少3次；然后进行氩气保护气氛退火热处理和氢化工艺热处理，随后冷却至室温，最终制得耐高温核屏蔽用抗氢致开裂钇硅合金材料板材。
一种本发明所述的耐高温核屏蔽用钇硅合金材料的应用，在高温600-1000℃环境下，可作为耐高温中子复合屏蔽材料使用，同时屏蔽快中子并吸收热中子。
优选地，将本发明耐高温核屏蔽用钇硅合金材料作为轻质高效耐高温核屏蔽用钇硅合金材料使用，用于制备空间堆、车载堆或聚变堆等中任意一种先进堆中的中子复合屏蔽体的材料。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：
1.与目前中子屏蔽用LiH、ZrH2和TiH2相比，本发明耐高温核屏蔽用钇硅合金材料使用温度更高，可在高温600-1000℃环境下使用，是一种耐高温高效核屏蔽材料；
2.本发明轻质高效耐高温核屏蔽用钇硅合金材料在其成分范围内经热轧或热压、退火处理及氢化处理工艺后，由于晶粒细小其具有较高的强度和韧性，同时镝、钆又具有较大的热中子吸收截面，可吸收热中子，是未来替换目前中子屏蔽用LiH、ZrH2和TiH2等系列的最佳候选材料，是一种高效率耐高温中子复合屏蔽材料；
3.本发明轻质高效耐高温核屏蔽用钇硅合金材料密度低、强度高、耐高温、塑韧性好、耐腐蚀、耐辐照，生产工艺简单；本发明轻质高效耐高温核屏蔽用钇硅合金材料可用作空间堆、车载堆、聚变堆等先进堆中的中子复合屏蔽体材料。
附图说明
图1为本发明实施例二核屏蔽用钇硅合金材料金相组织照片。
具体实施方式：
以下结合具体的实施例子对上述方案做进一步说明，本发明的优选实施例详述如下：
实施例一：
在本实施例中，一种耐高温核屏蔽用钇硅合金材料的制备方法，包括如下步骤：
a.采用特种真空熔炼工艺，在原料配料时，采用的原料成分按照如下质量百分比组成进行原料配料：
Si 0.5wt％；
Y 余量；
采用真空熔炼工艺，将准备的原料放入真空炉中，抽真空至压力不高于3×10-3Pa，然后通入高纯氩气作为保护气氛；然后进行升温加热，按照10℃/min的升温速率，升温至1700℃，并保温熔炼10min，得到合金熔体，并浇铸成型，得到合金铸锭；
b.将在所述步骤a中制备的合金熔体浇铸成型，将浇铸得到的合金铸锭进行热压、热轧处理，其中，控制热压加工温度为800℃，热轧温度为850℃，反复轧制3次；再进行冷轧轧制3次；然后进行氩气保护气氛退火热处理和氢化工艺热处理，随后冷却至室温，最终制得耐高温核屏蔽用抗氢致开裂钇硅合金材料板材。
实验测试分析：
经过实验测试，测试结果表明，本实施例制备的合金材料晶粒大小在10～40μm，实现晶粒细化，钇与硅形成高熔点化合物Si3Y5，本实施例制备的合金材料可用作耐高温核屏蔽用合金材料，是未来替换目前中子屏蔽用LiH、ZrH2和TiH2等系列的最佳候选材料，是一种高效率耐高温核屏蔽用钇硅合金材料。
实施例二：
本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种耐高温核屏蔽用钇硅合金材料的制备方法，包括如下步骤：
a.采用特种真空熔炼工艺，在原料配料时，采用的原料成分按照如下质量百分比组成进行原料配料：
Si 1.0wt％；
Y 余量；
采用真空熔炼工艺，将准备的原料放入真空炉中，抽真空至压力不高于3×10-3Pa，然后通入高纯氩气作为保护气氛；然后进行升温加热，按照10℃/min的升温速率，升温至1700℃，并保温熔炼10min，得到合金熔体，并浇铸成型，得到合金铸锭；
b.将在所述步骤a中制备的合金熔体浇铸成型，将浇铸得到的合金铸锭进行热压、热轧处理，其中，控制热压加工温度为800℃，热轧温度为850℃，反复轧制3次；再进行冷轧轧制3次；然后进行氩气保护气氛退火热处理和氢化工艺热处理，随后冷却至室温，最终制得耐高温核屏蔽用抗氢致开裂钇硅合金材料板材。
实验测试分析：
经过实验测试，测试结果表明，本实施例制备的合金材料晶粒大小在10～40μm，实现晶粒细化，钇与硅形成高熔点化合物Si3Y5，本实施例制备的合金材料可用作耐高温核屏蔽用合金材料，是未来替换目前中子屏蔽用LiH、ZrH2和TiH2等系列的最佳候选材料，是一种高效率耐高温核屏蔽用钇硅合金材料。
实施例三：
本实施例与上述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种耐高温核屏蔽用钇硅合金材料的制备方法，包括如下步骤：
a.采用特种真空熔炼工艺，在原料配料时，采用的原料成分按照如下质量百分比组成进行原料配料：
Si 2.0wt.％；
Y 余量；
采用真空熔炼工艺，将准备的原料放入真空炉中，抽真空至压力不高于3×10-3Pa，然后通入高纯氩气作为保护气氛；然后进行升温加热，按照10℃/min的升温速率，升温至1700℃，并保温熔炼10min，得到合金熔体，并浇铸成型，得到合金铸锭；
b.将在所述步骤a中制备的合金熔体浇铸成型，将浇铸得到的合金铸锭进行热压、热轧处理，其中，控制热压加工温度为800℃，热轧温度为850℃，反复轧制3次；再进行冷轧轧制3次；然后进行氩气保护气氛退火热处理和氢化工艺热处理，随后冷却至室温，最终制得耐高温核屏蔽用抗氢致开裂钇硅合金材料板材。
实验测试分析：
经过实验测试，测试结果表明，本实施例制备的合金材料晶粒大小在10～40μm，实现晶粒细化，钇与硅形成高熔点化合物Si3Y5，本实施例制备的合金材料可用作耐高温核屏蔽用合金材料，是未来替换目前中子屏蔽用LiH、ZrH2和TiH2等系列的最佳候选材料，是一种高效率耐高温核屏蔽用钇硅合金材料。
实施例四：
本实施例与上述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种耐高温核屏蔽用钇硅合金材料的制备方法，包括如下步骤：
a.采用特种真空熔炼工艺，在原料配料时，采用的原料成分按照如下质量百分比组成进行原料配料：
Si 3.0wt.％；
Y 余量；
采用真空熔炼工艺，将准备的原料放入真空炉中，抽真空至压力不高于3×10-3Pa，然后通入高纯氩气作为保护气氛；然后进行升温加热，按照10℃/min的升温速率，升温至1700℃，并保温熔炼10min，得到合金熔体，并浇铸成型，得到合金铸锭；
b.将在所述步骤a中制备的合金熔体浇铸成型，将浇铸得到的合金铸锭进行热压、热轧处理，其中，控制热压加工温度为800℃，热轧温度为850℃，反复轧制3次；再进行冷轧轧制3次；然后进行氩气保护气氛退火热处理和氢化工艺热处理，随后冷却至室温，最终制得耐高温核屏蔽用抗氢致开裂钇硅合金材料板材。
实验测试分析：
经过实验测试，测试结果表明，本实施例制备的合金材料晶粒大小在10～40μm，实现晶粒细化，钇与硅形成高熔点化合物Si3Y5，本实施例制备的合金材料可用作耐高温核屏蔽用合金材料，是未来替换目前中子屏蔽用LiH、ZrH2和TiH2等系列的最佳候选材料，是一种高效率耐高温核屏蔽用钇硅合金材料。
实施例五：
本实施例与上述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种耐高温核屏蔽用钇硅合金材料的制备方法，包括如下步骤：
a.采用特种真空熔炼工艺，在原料配料时，采用的原料成分按照如下质量百分比组成进行原料配料：
Si 4.0wt.％；
Y 余量；
采用真空熔炼工艺，将准备的原料放入真空炉中，抽真空至压力不高于3×10-3Pa，然后通入高纯氩气作为保护气氛；然后进行升温加热，按照10℃/min的升温速率，升温至1700℃，并保温熔炼10min，得到合金熔体，并浇铸成型，得到合金铸锭；
b.将在所述步骤a中制备的合金熔体浇铸成型，将浇铸得到的合金铸锭进行热压、热轧处理，其中，控制热压加工温度为800℃，热轧温度为850℃，反复轧制3次；再进行冷轧轧制3次；然后进行氩气保护气氛退火热处理和氢化工艺热处理，随后冷却至室温，最终制得耐高温核屏蔽用抗氢致开裂钇硅合金材料板材。
实验测试分析：
经过实验测试，测试结果表明，本实施例制备的合金材料晶粒大小在10～40μm，实现晶粒细化，钇与硅形成高熔点化合物Si3Y5，本实施例制备的合金材料可用作耐高温核屏蔽用合金材料，是未来替换目前中子屏蔽用LiH、ZrH2和TiH2等系列的最佳候选材料，是一种高效率耐高温核屏蔽用钇硅合金材料。
实施例六：
本实施例与上述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种耐高温核屏蔽用钇硅合金材料的制备方法，包括如下步骤：
a.采用特种真空熔炼工艺，在原料配料时，采用的原料成分按照如下质量百分比组成进行原料配料：
Si 5.0wt％；
Y 余量；
采用真空熔炼工艺，将准备的原料放入真空炉中，抽真空至压力不高于3×10-3Pa，然后通入高纯氩气作为保护气氛；然后进行升温加热，按照10℃/min的升温速率，升温至1700℃，并保温熔炼10min，得到合金熔体，并浇铸成型，得到合金铸锭；
b.将在所述步骤a中制备的合金熔体浇铸成型，将浇铸得到的合金铸锭进行热压、热轧处理，其中，控制热压加工温度为800℃，热轧温度为850℃，反复轧制3次；再进行冷轧轧制3次；然后进行氩气保护气氛退火热处理和氢化工艺热处理，随后冷却至室温，最终制得耐高温核屏蔽用抗氢致开裂钇硅合金材料板材。
实验测试分析：
经过实验测试，测试结果表明，本实施例制备的合金材料晶粒大小在10～40μm，实现晶粒细化，钇与硅形成高熔点化合物Si3Y5，本实施例制备的合金材料可用作耐高温核屏蔽用合金材料，是未来替换目前中子屏蔽用LiH、ZrH2和TiH2等系列的最佳候选材料，是一种高效率耐高温核屏蔽用钇硅合金材料。
实施例七：
本实施例与上述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种耐高温核屏蔽用钇硅合金材料的制备方法，包括如下步骤：
a.采用特种真空熔炼工艺，在原料配料时，采用的原料成分按照如下质量百分比组成进行原料配料：
Si 1.0wt.％；
Dy 10.0wt.％；
Y 余量；
采用真空熔炼工艺，将准备的原料放入真空炉中，抽真空至压力不高于3×10-3Pa，然后通入高纯氩气作为保护气氛；然后进行升温加热，按照10℃/min的升温速率，升温至1700℃，并保温熔炼10min，得到合金熔体，并浇铸成型，得到合金铸锭；
b.将在所述步骤a中制备的合金熔体浇铸成型，将浇铸得到的合金铸锭进行热压、热轧处理，其中，控制热压加工温度为800℃，热轧温度为850℃，反复轧制3次；再进行冷轧轧制3次；然后进行氩气保护气氛退火热处理和氢化工艺热处理，随后冷却至室温，最终制得耐高温核屏蔽用抗氢致开裂钇硅合金材料板材。
实验测试分析：
经过实验测试，测试结果表明，本实施例制备的合金材料晶粒大小在10～40μm，实现晶粒细化，钇与硅形成高熔点化合物Si3Y5，Dy元素能提高钇基合金的热中子及γ射线屏蔽能力，本实施例制备的合金材料可用作耐高温核屏蔽用合金材料，是未来替换目前中子屏蔽用LiH、ZrH2和TiH2等系列的最佳候选材料，是一种高效率耐高温核屏蔽用钇硅合金材料。
实施例八：
本实施例与上述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种耐高温核屏蔽用钇硅合金材料的制备方法，包括如下步骤：
a.采用特种真空熔炼工艺，在原料配料时，采用的原料成分按照如下质量百分比组成进行原料配料：
Si 1.0wt.％；
Dy 8.0wt.％；
Y 余量；
采用真空熔炼工艺，将准备的原料放入真空炉中，抽真空至压力不高于3×10-3Pa，然后通入高纯氩气作为保护气氛；然后进行升温加热，按照10℃/min的升温速率，升温至1700℃，并保温熔炼10min，得到合金熔体，并浇铸成型，得到合金铸锭；
b.将在所述步骤a中制备的合金熔体浇铸成型，将浇铸得到的合金铸锭进行热压、热轧处理，其中，控制热压加工温度为800℃，热轧温度为850℃，反复轧制3次；再进行冷轧轧制3次；然后进行氩气保护气氛退火热处理和氢化工艺热处理，随后冷却至室温，最终制得耐高温核屏蔽用抗氢致开裂钇硅合金材料板材。
实验测试分析：
经过实验测试，测试结果表明，本实施例制备的合金材料晶粒大小在10～40μm，实现晶粒细化，钇与硅形成高熔点化合物Si3Y5，Dy元素能提高钇基合金的热中子及γ射线屏蔽能力，本实施例相比上述实施例的Dy元素用量稍微减少，但本实施例钇基合金的热中子及γ射线屏蔽能力仍然非常突出，本实施例制备的合金材料可用作耐高温核屏蔽用合金材料，是未来替换目前中子屏蔽用LiH、ZrH2和TiH2等系列的最佳候选材料，是一种高效率耐高温核屏蔽用钇硅合金材料。
实施例九：
本实施例与上述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种耐高温核屏蔽用钇硅合金材料的制备方法，包括如下步骤：
a.采用特种真空熔炼工艺，在原料配料时，采用的原料成分按照如下质量百分比组成进行原料配料：
Si 1.0wt.％；
Dy 6.0wt.％；
Y 余量；
采用真空熔炼工艺，将准备的原料放入真空炉中，抽真空至压力不高于3×10-3Pa，然后通入高纯氩气作为保护气氛；然后进行升温加热，按照10℃/min的升温速率，升温至1700℃，并保温熔炼10min，得到合金熔体，并浇铸成型，得到合金铸锭；
b.将在所述步骤a中制备的合金熔体浇铸成型，将浇铸得到的合金铸锭进行热压、热轧处理，其中，控制热压加工温度为800℃，热轧温度为850℃，反复轧制3次；再进行冷轧轧制3次；然后进行氩气保护气氛退火热处理和氢化工艺热处理，随后冷却至室温，最终制得耐高温核屏蔽用抗氢致开裂钇硅合金材料板材。
实验测试分析：
经过实验测试，测试结果表明，本实施例制备的合金材料晶粒大小在10～40μm，实现晶粒细化，钇与硅形成高熔点化合物Si3Y5，Dy元素能提高钇基合金的热中子及γ射线屏蔽能力，本实施例相比上述实施例的Dy元素用量稍微减少，但本实施例钇基合金的热中子及γ射线屏蔽能力仍然非常突出，本实施例制备的合金材料可用作耐高温核屏蔽用合金材料，是未来替换目前中子屏蔽用LiH、ZrH2和TiH2等系列的最佳候选材料，是一种高效率耐高温核屏蔽用钇硅合金材料。
实施例十：
本实施例与上述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种耐高温核屏蔽用钇硅合金材料的制备方法，包括如下步骤：
a.采用特种真空熔炼工艺，在原料配料时，采用的原料成分按照如下质量百分比组成进行原料配料：
Si 1.0wt.％；
Dy 5.0wt.％；
Y 余量；
采用真空熔炼工艺，将准备的原料放入真空炉中，抽真空至压力不高于3×10-3Pa，然后通入高纯氩气作为保护气氛；然后进行升温加热，按照10℃/min的升温速率，升温至1700℃，并保温熔炼10min，得到合金熔体，并浇铸成型，得到合金铸锭；
b.将在所述步骤a中制备的合金熔体浇铸成型，将浇铸得到的合金铸锭进行热压、热轧处理，其中，控制热压加工温度为800℃，热轧温度为850℃，反复轧制3次；再进行冷轧轧制3次；然后进行氩气保护气氛退火热处理和氢化工艺热处理，随后冷却至室温，最终制得耐高温核屏蔽用抗氢致开裂钇硅合金材料板材。
实验测试分析：
经过实验测试，测试结果表明，本实施例制备的合金材料晶粒大小在10～40μm，实现晶粒细化，钇与硅形成高熔点化合物Si3Y5，Dy元素能提高钇基合金的热中子及γ射线屏蔽能力，本实施例相比上述实施例的Dy元素用量稍微减少，但本实施例钇基合金的热中子及γ射线屏蔽能力仍然非常突出，本实施例制备的合金材料可用作耐高温核屏蔽用合金材料，是未来替换目前中子屏蔽用LiH、ZrH2和TiH2等系列的最佳候选材料，是一种高效率耐高温核屏蔽用钇硅合金材料。
实施例十一：
本实施例与上述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种耐高温核屏蔽用钇硅合金材料的制备方法，包括如下步骤：
a.采用特种真空熔炼工艺，在原料配料时，采用的原料成分按照如下质量百分比组成进行原料配料：
Si 1.0wt.％；
Dy 4.0wt.％；
Y 余量；
采用真空熔炼工艺，将准备的原料放入真空炉中，抽真空至压力不高于3×10-3Pa，然后通入高纯氩气作为保护气氛；然后进行升温加热，按照10℃/min的升温速率，升温至1700℃，并保温熔炼10min，得到合金熔体，并浇铸成型，得到合金铸锭；
b.将在所述步骤a中制备的合金熔体浇铸成型，将浇铸得到的合金铸锭进行热压、热轧处理，其中，控制热压加工温度为800℃，热轧温度为850℃，反复轧制3次；再进行冷轧轧制3次；然后进行氩气保护气氛退火热处理和氢化工艺热处理，随后冷却至室温，最终制得耐高温核屏蔽用抗氢致开裂钇硅合金材料板材。
实验测试分析：
经过实验测试，测试结果表明，本实施例制备的合金材料晶粒大小在10～40μm，实现晶粒细化，钇与硅形成高熔点化合物Si3Y5，Dy元素能提高钇基合金的热中子及γ射线屏蔽能力，本实施例相比上述实施例的Dy元素用量减少，但本实施例钇基合金的热中子及γ射线屏蔽能力仍然非常突出，本实施例制备的合金材料可用作耐高温核屏蔽用合金材料，是未来替换目前中子屏蔽用LiH、ZrH2和TiH2等系列的最佳候选材料，是一种高效率耐高温核屏蔽用钇硅合金材料。
实施例十二：
本实施例与上述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种耐高温核屏蔽用钇硅合金材料的制备方法，包括如下步骤：
a.采用特种真空熔炼工艺，在原料配料时，采用的原料成分按照如下质量百分比组成进行原料配料：
Si 1.0wt.％；
Dy 3.0wt.％；
Y 余量；
采用真空熔炼工艺，将准备的原料放入真空炉中，抽真空至压力不高于3×10-3Pa，然后通入高纯氩气作为保护气氛；然后进行升温加热，按照10℃/min的升温速率，升温至1700℃，并保温熔炼10min，得到合金熔体，并浇铸成型，得到合金铸锭；
b.将在所述步骤a中制备的合金熔体浇铸成型，将浇铸得到的合金铸锭进行热压、热轧处理，其中，控制热压加工温度为800℃，热轧温度为850℃，反复轧制3次；再进行冷轧轧制3次；然后进行氩气保护气氛退火热处理和氢化工艺热处理，随后冷却至室温，最终制得耐高温核屏蔽用抗氢致开裂钇硅合金材料板材。
实验测试分析：
经过实验测试，测试结果表明，本实施例制备的合金材料晶粒大小在10～40μm，实现晶粒细化，钇与硅形成高熔点化合物Si3Y5，Dy元素能提高钇基合金的热中子及γ射线屏蔽能力，本实施例相比上述实施例的Dy元素用量减少，但本实施例钇基合金的热中子及γ射线屏蔽能力仍然非常突出，本实施例制备的合金材料可用作耐高温核屏蔽用合金材料，是未来替换目前中子屏蔽用LiH、ZrH2和TiH2等系列的最佳候选材料，是一种高效率耐高温核屏蔽用钇硅合金材料。
实施例十三：
本实施例与上述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种耐高温核屏蔽用钇硅合金材料的制备方法，包括如下步骤：
a.采用特种真空熔炼工艺，在原料配料时，采用的原料成分按照如下质量百分比组成进行原料配料：
Si 1.0wt.％；
Dy 1.0wt.％；
Y 余量；
采用真空熔炼工艺，将准备的原料放入真空炉中，抽真空至压力不高于3×10-3Pa，然后通入高纯氩气作为保护气氛；然后进行升温加热，按照10℃/min的升温速率，升温至1700℃，并保温熔炼10min，得到合金熔体，并浇铸成型，得到合金铸锭；
b.将在所述步骤a中制备的合金熔体浇铸成型，将浇铸得到的合金铸锭进行热压、热轧处理，其中，控制热压加工温度为800℃，热轧温度为850℃，反复轧制3次；再进行冷轧轧制3次；然后进行氩气保护气氛退火热处理和氢化工艺热处理，随后冷却至室温，最终制得耐高温核屏蔽用抗氢致开裂钇硅合金材料板材。
实验测试分析：
经过实验测试，测试结果表明，本实施例制备的合金材料晶粒大小在10～40μm，实现晶粒细化，钇与硅形成高熔点化合物Si3Y5，Dy元素能提高钇基合金的热中子及γ射线屏蔽能力，本实施例相比上述实施例的Dy元素用量较低，但本实施例钇基合金的热中子及γ射线屏蔽能力仍然由较大提升，本实施例制备的合金材料可用作耐高温核屏蔽用合金材料，是未来替换目前中子屏蔽用LiH、ZrH2和TiH2等系列的最佳候选材料，是一种高效率耐高温核屏蔽用钇硅合金材料。
实施例十四：
本实施例与上述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种耐高温核屏蔽用钇硅合金材料的制备方法，包括如下步骤：
a.采用特种真空熔炼工艺，在原料配料时，采用的原料成分按照如下质量百分比组成进行原料配料：
Si 1.0wt.％；
Gd 10.0wt.％；
Y 余量；
采用真空熔炼工艺，将准备的原料放入真空炉中，抽真空至压力不高于3×10-3Pa，然后通入高纯氩气作为保护气氛；然后进行升温加热，按照10℃/min的升温速率，升温至1700℃，并保温熔炼10min，得到合金熔体，并浇铸成型，得到合金铸锭；
b.将在所述步骤a中制备的合金熔体浇铸成型，将浇铸得到的合金铸锭进行热压、热轧处理，其中，控制热压加工温度为800℃，热轧温度为850℃，反复轧制3次；再进行冷轧轧制3次；然后进行氩气保护气氛退火热处理和氢化工艺热处理，随后冷却至室温，最终制得耐高温核屏蔽用抗氢致开裂钇硅合金材料板材。
实验测试分析：
经过实验测试，测试结果表明，本实施例制备的合金材料晶粒大小在10～40μm，实现晶粒细化，钇与硅形成高熔点化合物Si3Y5，Gd元素能提高钇基合金的热中子及γ射线屏蔽能力，本实施例制备的合金材料可用作耐高温核屏蔽用合金材料，是未来替换目前中子屏蔽用LiH、ZrH2和TiH2等系列的最佳候选材料，是一种高效率耐高温核屏蔽用钇硅合金材料。
实施例十五：
本实施例与上述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种耐高温核屏蔽用钇硅合金材料的制备方法，包括如下步骤：
a.采用特种真空熔炼工艺，在原料配料时，采用的原料成分按照如下质量百分比组成进行原料配料：
Si 1.0wt.％；
Gd 8.0wt.％；
Y余量；
采用真空熔炼工艺，将准备的原料放入真空炉中，抽真空至压力不高于3×10-3Pa，然后通入高纯氩气作为保护气氛；然后进行升温加热，按照10℃/min的升温速率，升温至1700℃，并保温熔炼10min，得到合金熔体，并浇铸成型，得到合金铸锭；
b.将在所述步骤a中制备的合金熔体浇铸成型，将浇铸得到的合金铸锭进行热压、热轧处理，其中，控制热压加工温度为800℃，热轧温度为850℃，反复轧制3次；再进行冷轧轧制3次；然后进行氩气保护气氛退火热处理和氢化工艺热处理，随后冷却至室温，最终制得耐高温核屏蔽用抗氢致开裂钇硅合金材料板材。
实验测试分析：
经过实验测试，测试结果表明，本实施例制备的合金材料晶粒大小在10～40μm，实现晶粒细化，钇与硅形成高熔点化合物Si3Y5，Gd元素能提高钇基合金的热中子及γ射线屏蔽能力，本实施例相比上述实施例的Gd元素用量稍微减少，但本实施例钇基合金的热中子及γ射线屏蔽能力仍然非常突出，本实施例制备的合金材料可用作耐高温核屏蔽用合金材料，是未来替换目前中子屏蔽用LiH、ZrH2和TiH2等系列的最佳候选材料，是一种高效率耐高温核屏蔽用钇硅合金材料。
实施例十六：
本实施例与上述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种耐高温核屏蔽用钇硅合金材料的制备方法，包括如下步骤：
a.采用特种真空熔炼工艺，在原料配料时，采用的原料成分按照如下质量百分比组成进行原料配料：
Si 1.0wt.％；
Gd 6.0wt.％；
Y 余量；
采用真空熔炼工艺，将准备的原料放入真空炉中，抽真空至压力不高于3×10-3Pa，然后通入高纯氩气作为保护气氛；然后进行升温加热，按照10℃/min的升温速率，升温至1700℃，并保温熔炼10min，得到合金熔体，并浇铸成型，得到合金铸锭；
b.将在所述步骤a中制备的合金熔体浇铸成型，将浇铸得到的合金铸锭进行热压、热轧处理，其中，控制热压加工温度为800℃，热轧温度为850℃，反复轧制3次；再进行冷轧轧制3次；然后进行氩气保护气氛退火热处理和氢化工艺热处理，随后冷却至室温，最终制得耐高温核屏蔽用抗氢致开裂钇硅合金材料板材。
实验测试分析：
经过实验测试，测试结果表明，本实施例制备的合金材料晶粒大小在10～40μm，实现晶粒细化，钇与硅形成高熔点化合物Si3Y5，Gd元素能提高钇基合金的热中子及γ射线屏蔽能力，本实施例相比上述实施例的Gd元素用量稍微减少，但本实施例钇基合金的热中子及γ射线屏蔽能力仍然非常突出，本实施例制备的合金材料可用作耐高温核屏蔽用合金材料，是未来替换目前中子屏蔽用LiH、ZrH2和TiH2等系列的最佳候选材料，是一种高效率耐高温核屏蔽用钇硅合金材料。
实施例十七：
本实施例与上述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种耐高温核屏蔽用钇硅合金材料的制备方法，包括如下步骤：
a.采用特种真空熔炼工艺，在原料配料时，采用的原料成分按照如下质量百分比组成进行原料配料：
Si 1.0wt.％；
Gd 5.0wt.％；
Y 余量；
采用真空熔炼工艺，将准备的原料放入真空炉中，抽真空至压力不高于3×10-3Pa，然后通入高纯氩气作为保护气氛；然后进行升温加热，按照10℃/min的升温速率，升温至1700℃，并保温熔炼10min，得到合金熔体，并浇铸成型，得到合金铸锭；
b.将在所述步骤a中制备的合金熔体浇铸成型，将浇铸得到的合金铸锭进行热压、热轧处理，其中，控制热压加工温度为800℃，热轧温度为850℃，反复轧制3次；再进行冷轧轧制3次；然后进行氩气保护气氛退火热处理和氢化工艺热处理，随后冷却至室温，最终制得耐高温核屏蔽用抗氢致开裂钇硅合金材料板材。
实验测试分析：
经过实验测试，测试结果表明，本实施例制备的合金材料晶粒大小在10～40μm，实现晶粒细化，钇与硅形成高熔点化合物Si3Y5，Gd元素能提高钇基合金的热中子及γ射线屏蔽能力，本实施例相比上述实施例的Gd元素用量稍微减少，但本实施例钇基合金的热中子及γ射线屏蔽能力仍然非常突出，本实施例制备的合金材料可用作耐高温核屏蔽用合金材料，是未来替换目前中子屏蔽用LiH、ZrH2和TiH2等系列的最佳候选材料，是一种高效率耐高温核屏蔽用钇硅合金材料。
实施例十八：
本实施例与上述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种耐高温核屏蔽用钇硅合金材料的制备方法，包括如下步骤：
a.采用特种真空熔炼工艺，在原料配料时，采用的原料成分按照如下质量百分比组成进行原料配料：
Si 1.0wt.％；
Gd 4.0wt.％；
Y 余量；
采用真空熔炼工艺，将准备的原料放入真空炉中，抽真空至压力不高于3×10-3Pa，然后通入高纯氩气作为保护气氛；然后进行升温加热，按照10℃/min的升温速率，升温至1700℃，并保温熔炼10min，得到合金熔体，并浇铸成型，得到合金铸锭；
b.将在所述步骤a中制备的合金熔体浇铸成型，将浇铸得到的合金铸锭进行热压、热轧处理，其中，控制热压加工温度为800℃，热轧温度为850℃，反复轧制3次；再进行冷轧轧制3次；然后进行氩气保护气氛退火热处理和氢化工艺热处理，随后冷却至室温，最终制得耐高温核屏蔽用抗氢致开裂钇硅合金材料板材。
实验测试分析：
经过实验测试，测试结果表明，本实施例制备的合金材料晶粒大小在10～40μm，实现晶粒细化，钇与硅形成高熔点化合物Si3Y5，Gd元素能提高钇基合金的热中子及γ射线屏蔽能力，本实施例相比上述实施例的Gd元素用量减少，但本实施例钇基合金的热中子及γ射线屏蔽能力仍然非常突出，本实施例制备的合金材料可用作耐高温核屏蔽用合金材料，是未来替换目前中子屏蔽用LiH、ZrH2和TiH2等系列的最佳候选材料，是一种高效率耐高温核屏蔽用钇硅合金材料。
实施例十九：
本实施例与上述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种耐高温核屏蔽用钇硅合金材料的制备方法，包括如下步骤：
a.采用特种真空熔炼工艺，在原料配料时，采用的原料成分按照如下质量百分比组成进行原料配料：
Si 1.0wt.％；
Gd 3.0wt.％；
Y 余量；
采用真空熔炼工艺，将准备的原料放入真空炉中，抽真空至压力不高于3×10-3Pa，然后通入高纯氩气作为保护气氛；然后进行升温加热，按照10℃/min的升温速率，升温至1700℃，并保温熔炼10min，得到合金熔体，并浇铸成型，得到合金铸锭；
b.将在所述步骤a中制备的合金熔体浇铸成型，将浇铸得到的合金铸锭进行热压、热轧处理，其中，控制热压加工温度为800℃，热轧温度为850℃，反复轧制3次；再进行冷轧轧制3次；然后进行氩气保护气氛退火热处理和氢化工艺热处理，随后冷却至室温，最终制得耐高温核屏蔽用抗氢致开裂钇硅合金材料板材。
实验测试分析：
经过实验测试，测试结果表明，本实施例制备的合金材料晶粒大小在10～40μm，实现晶粒细化，钇与硅形成高熔点化合物Si3Y5，Gd元素能提高钇基合金的热中子及γ射线屏蔽能力，本实施例相比上述实施例的Gd元素用量减少，但本实施例钇基合金的热中子及γ射线屏蔽能力仍然非常突出，本实施例制备的合金材料可用作耐高温核屏蔽用合金材料，是未来替换目前中子屏蔽用LiH、ZrH2和TiH2等系列的最佳候选材料，是一种高效率耐高温核屏蔽用钇硅合金材料。
实施例二十：
本实施例与上述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种耐高温核屏蔽用钇硅合金材料的制备方法，包括如下步骤：
a.采用特种真空熔炼工艺，在原料配料时，采用的原料成分按照如下质量百分比组成进行原料配料：
Si 1.0wt.％；
Gd 1.0wt.％；
Y 余量；
采用真空熔炼工艺，将准备的原料放入真空炉中，抽真空至压力不高于3×10-3Pa，然后通入高纯氩气作为保护气氛；然后进行升温加热，按照10℃/min的升温速率，升温至1700℃，并保温熔炼10min，得到合金熔体，并浇铸成型，得到合金铸锭；
b.将在所述步骤a中制备的合金熔体浇铸成型，将浇铸得到的合金铸锭进行热压、热轧处理，其中，控制热压加工温度为800℃，热轧温度为850℃，反复轧制3次；再进行冷轧轧制3次；然后进行氩气保护气氛退火热处理和氢化工艺热处理，随后冷却至室温，最终制得耐高温核屏蔽用抗氢致开裂钇硅合金材料板材。
实验测试分析：
经过实验测试，测试结果表明，本实施例制备的合金材料晶粒大小在10～40μm，实现晶粒细化，钇与硅形成高熔点化合物Si3Y5，Gd元素能提高钇基合金的热中子及γ射线屏蔽能力，本实施例相比上述实施例的Gd元素用量较低，但本实施例钇基合金的热中子及γ射线屏蔽能力仍然由较大提升，本实施例制备的合金材料可用作耐高温核屏蔽用合金材料，是未来替换目前中子屏蔽用LiH、ZrH2和TiH2等系列的最佳候选材料，是一种高效率耐高温核屏蔽用钇硅合金材料。
实施例二十一：
本实施例与上述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种耐高温核屏蔽用钇硅合金材料的制备方法，包括如下步骤：
a.采用特种真空熔炼工艺，在原料配料时，采用的原料成分按照如下质量百分比组成进行原料配料：
采用真空熔炼工艺，将准备的原料放入真空炉中，抽真空至压力不高于3×10-3Pa，然后通入高纯氩气作为保护气氛；然后进行升温加热，按照10℃/min的升温速率，升温至1700℃，并保温熔炼10min，得到合金熔体，并浇铸成型，得到合金铸锭；
b.将在所述步骤a中制备的合金熔体浇铸成型，将浇铸得到的合金铸锭进行热压、热轧处理，其中，控制热压加工温度为800℃，热轧温度为850℃，反复轧制3次；再进行冷轧轧制3次；然后进行氩气保护气氛退火热处理和氢化工艺热处理，随后冷却至室温，最终制得耐高温核屏蔽用抗氢致开裂钇硅合金材料板材。
实验测试分析：
经过实验测试，测试结果表明，本实施例制备的合金材料晶粒大小在10～40μm，实现晶粒细化，钇与硅形成高熔点化合物Si3Y5，Dy元素和Gd元素联合添加，能进一步提高钇基合金的热中子及γ射线屏蔽能力，本实施例制备的合金材料可用作耐高温核屏蔽用合金材料，是未来替换目前中子屏蔽用LiH、ZrH2和TiH2等系列的最佳候选材料，是一种高效率耐高温核屏蔽用钇硅合金材料。
实施例二十二：
本实施例与上述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种耐高温核屏蔽用钇硅合金材料的制备方法，包括如下步骤：
a.采用特种真空熔炼工艺，在原料配料时，采用的原料成分按照如下质量百分比组成进行原料配料：
采用真空熔炼工艺，将准备的原料放入真空炉中，抽真空至压力不高于3×10-3Pa，然后通入高纯氩气作为保护气氛；然后进行升温加热，按照10℃/min的升温速率，升温至1700℃，并保温熔炼10min，得到合金熔体，并浇铸成型，得到合金铸锭；
b.将在所述步骤a中制备的合金熔体浇铸成型，将浇铸得到的合金铸锭进行热压、热轧处理，其中，控制热压加工温度为800℃，热轧温度为850℃，反复轧制3次；再进行冷轧轧制3次；然后进行氩气保护气氛退火热处理和氢化工艺热处理，随后冷却至室温，最终制得耐高温核屏蔽用抗氢致开裂钇硅合金材料板材。
实验测试分析：
经过实验测试，测试结果表明，本实施例制备的合金材料晶粒大小在10～40μm，实现晶粒细化，钇与硅形成高熔点化合物Si3Y5，Dy元素和Gd元素联合添加，能进一步提高钇基合金的热中子及γ射线屏蔽能力，将比上述实施例，Dy元素和Gd元素稍微减少，但Dy元素和Gd元素联合添加提高钇基合金的热中子及γ射线屏蔽能力的效果仍然非常显著，本实施例制备的合金材料可用作耐高温核屏蔽用合金材料，是未来替换目前中子屏蔽用LiH、ZrH2和TiH2等系列的最佳候选材料，是一种高效率耐高温核屏蔽用钇硅合金材料。
实施例二十三：
本实施例与上述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种耐高温核屏蔽用钇硅合金材料的制备方法，包括如下步骤：
a.采用特种真空熔炼工艺，在原料配料时，采用的原料成分按照如下质量百分比组成进行原料配料：
采用真空熔炼工艺，将准备的原料放入真空炉中，抽真空至压力不高于3×10-3Pa，然后通入高纯氩气作为保护气氛；然后进行升温加热，按照10℃/min的升温速率，升温至1700℃，并保温熔炼10min，得到合金熔体，并浇铸成型，得到合金铸锭；
b.将在所述步骤a中制备的合金熔体浇铸成型，将浇铸得到的合金铸锭进行热压、热轧处理，其中，控制热压加工温度为800℃，热轧温度为850℃，反复轧制3次；再进行冷轧轧制3次；然后进行氩气保护气氛退火热处理和氢化工艺热处理，随后冷却至室温，最终制得耐高温核屏蔽用抗氢致开裂钇硅合金材料板材。
实验测试分析：
经过实验测试，测试结果表明，本实施例制备的合金材料晶粒大小在10～40μm，实现晶粒细化，钇与硅形成高熔点化合物Si3Y5，Dy元素和Gd元素联合添加，能进一步提高钇基合金的热中子及γ射线屏蔽能力，将比上述实施例，Dy元素和Gd元素减少，但Dy元素和Gd元素联合添加提高钇基合金的热中子及γ射线屏蔽能力的效果仍然非常显著，本实施例制备的合金材料可用作耐高温核屏蔽用合金材料，是未来替换目前中子屏蔽用LiH、ZrH2和TiH2等系列的最佳候选材料，是一种高效率耐高温核屏蔽用钇硅合金材料。
实施例二十四：
本实施例与上述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种耐高温核屏蔽用钇硅合金材料的制备方法，包括如下步骤：
a.采用特种真空熔炼工艺，在原料配料时，采用的原料成分按照如下质量百分比组成进行原料配料：
采用真空熔炼工艺，将准备的原料放入真空炉中，抽真空至压力不高于3×10-3Pa，然后通入高纯氩气作为保护气氛；然后进行升温加热，按照10℃/min的升温速率，升温至1700℃，并保温熔炼10min，得到合金熔体，并浇铸成型，得到合金铸锭；
b.将在所述步骤a中制备的合金熔体浇铸成型，将浇铸得到的合金铸锭进行热压、热轧处理，其中，控制热压加工温度为800℃，热轧温度为850℃，反复轧制3次；再进行冷轧轧制3次；然后进行氩气保护气氛退火热处理和氢化工艺热处理，随后冷却至室温，最终制得耐高温核屏蔽用抗氢致开裂钇硅合金材料板材。
实验测试分析：
经过实验测试，测试结果表明，本实施例制备的合金材料晶粒大小在10～40μm，实现晶粒细化，钇与硅形成高熔点化合物Si3Y5，Dy元素和Gd元素联合添加，能进一步提高钇基合金的热中子及γ射线屏蔽能力，将比上述实施例，Dy元素和Gd元素减少，但Dy元素和Gd元素联合添加提高钇基合金的热中子及γ射线屏蔽能力的效果仍然非常显著，本实施例制备的合金材料可用作耐高温核屏蔽用合金材料，是未来替换目前中子屏蔽用LiH、ZrH2和TiH2等系列的最佳候选材料，是一种高效率耐高温核屏蔽用钇硅合金材料。
实施例二十五：
本实施例与上述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种耐高温核屏蔽用钇硅合金材料的制备方法，包括如下步骤：
a.采用特种真空熔炼工艺，在原料配料时，采用的原料成分按照如下质量百分比组成进行原料配料：
采用真空熔炼工艺，将准备的原料放入真空炉中，抽真空至压力不高于3×10-3Pa，然后通入高纯氩气作为保护气氛；然后进行升温加热，按照10℃/min的升温速率，升温至1700℃，并保温熔炼10min，得到合金熔体，并浇铸成型，得到合金铸锭；
b.将在所述步骤a中制备的合金熔体浇铸成型，将浇铸得到的合金铸锭进行热压、热轧处理，其中，控制热压加工温度为800℃，热轧温度为850℃，反复轧制3次；再进行冷轧轧制3次；然后进行氩气保护气氛退火热处理和氢化工艺热处理，随后冷却至室温，最终制得耐高温核屏蔽用抗氢致开裂钇硅合金材料板材。
实验测试分析：
经过实验测试，测试结果表明，本实施例制备的合金材料晶粒大小在10～40μm，实现晶粒细化，钇与硅形成高熔点化合物Si3Y5，Dy元素和Gd元素联合添加，能进一步提高钇基合金的热中子及γ射线屏蔽能力，将比上述实施例，Dy元素和Gd元素减少，但Dy元素和Gd元素联合添加提高钇基合金的热中子及γ射线屏蔽能力的效果仍然非常显著，本实施例制备的合金材料可用作耐高温核屏蔽用合金材料，是未来替换目前中子屏蔽用LiH、ZrH2和TiH2等系列的最佳候选材料，是一种高效率耐高温核屏蔽用钇硅合金材料。
实施例二十六：
本实施例与上述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种耐高温核屏蔽用钇硅合金材料的制备方法，包括如下步骤：
a.采用特种真空熔炼工艺，在原料配料时，采用的原料成分按照如下质量百分比组成进行原料配料：
采用真空熔炼工艺，将准备的原料放入真空炉中，抽真空至压力不高于3×10-3Pa，然后通入高纯氩气作为保护气氛；然后进行升温加热，按照10℃/min的升温速率，升温至1700℃，并保温熔炼10min，得到合金熔体，并浇铸成型，得到合金铸锭；
b.将在所述步骤a中制备的合金熔体浇铸成型，将浇铸得到的合金铸锭进行热压、热轧处理，其中，控制热压加工温度为800℃，热轧温度为850℃，反复轧制3次；再进行冷轧轧制3次；然后进行氩气保护气氛退火热处理和氢化工艺热处理，随后冷却至室温，最终制得耐高温核屏蔽用抗氢致开裂钇硅合金材料板材。
实验测试分析：
经过实验测试，测试结果表明，本实施例制备的合金材料晶粒大小在10～40μm，实现晶粒细化，钇与硅形成高熔点化合物Si3Y5，Dy元素和Gd元素联合添加，能进一步提高钇基合金的热中子及γ射线屏蔽能力，将比上述实施例，Dy元素和Gd元素减少，但Dy元素和Gd元素联合添加提高钇基合金的热中子及γ射线屏蔽能力的效果仍然非常显著，本实施例制备的合金材料可用作耐高温核屏蔽用合金材料，是未来替换目前中子屏蔽用LiH、ZrH2和TiH2等系列的最佳候选材料，是一种高效率耐高温核屏蔽用钇硅合金材料。
实施例二十七：
本实施例与上述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种耐高温核屏蔽用钇硅合金材料的制备方法，包括如下步骤：
a.采用特种真空熔炼工艺，在原料配料时，采用的原料成分按照如下质量百分比组成进行原料配料：
采用真空熔炼工艺，将准备的原料放入真空炉中，抽真空至压力不高于3×10-3Pa，然后通入高纯氩气作为保护气氛；然后进行升温加热，按照10℃/min的升温速率，升温至1700℃，并保温熔炼10min，得到合金熔体，并浇铸成型，得到合金铸锭；
b.将在所述步骤a中制备的合金熔体浇铸成型，将浇铸得到的合金铸锭进行热压、热轧处理，其中，控制热压加工温度为800℃，热轧温度为850℃，反复轧制3次；再进行冷轧轧制3次；然后进行氩气保护气氛退火热处理和氢化工艺热处理，随后冷却至室温，最终制得耐高温核屏蔽用抗氢致开裂钇硅合金材料板材。
实验测试分析：
经过实验测试，测试结果表明，本实施例制备的合金材料晶粒大小在10～40μm，实现晶粒细化，钇与硅形成高熔点化合物Si3Y5，Dy元素和Gd元素联合添加，能进一步提高钇基合金的热中子及γ射线屏蔽能力，将比上述实施例，Dy元素和Gd元素减少，但Dy元素和Gd元素联合添加提高钇基合金的热中子及γ射线屏蔽能力的效果仍然非常显著，本实施例制备的合金材料可用作耐高温核屏蔽用合金材料，是未来替换目前中子屏蔽用LiH、ZrH2和TiH2等系列的最佳候选材料，是一种高效率耐高温核屏蔽用钇硅合金材料。
实施例二十八：
本实施例与上述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种耐高温核屏蔽用钇硅合金材料的制备方法，包括如下步骤：
a.采用特种真空熔炼工艺，在原料配料时，采用的原料成分按照如下质量百分比组成进行原料配料：
采用真空熔炼工艺，将准备的原料放入真空炉中，抽真空至压力不高于3×10-3Pa，然后通入高纯氩气作为保护气氛；然后进行升温加热，按照10℃/min的升温速率，升温至1700℃，并保温熔炼10min，得到合金熔体，并浇铸成型，得到合金铸锭；
b.将在所述步骤a中制备的合金熔体浇铸成型，将浇铸得到的合金铸锭进行热压、热轧处理，其中，控制热压加工温度为800℃，热轧温度为850℃，反复轧制3次；再进行冷轧轧制3次；然后进行氩气保护气氛退火热处理和氢化工艺热处理，随后冷却至室温，最终制得耐高温核屏蔽用抗氢致开裂钇硅合金材料板材。
实验测试分析：
经过实验测试，测试结果表明，本实施例制备的合金材料晶粒大小在10～40μm，实现晶粒细化，钇与硅形成高熔点化合物Si3Y5，Dy元素和Gd元素联合添加，能进一步提高钇基合金的热中子及γ射线屏蔽能力，将比上述实施例，Dy元素和Gd加入量较低，但对提高钇基合金的热中子及γ射线屏蔽能力仍有比较好的效果，但Dy元素和Gd元素联合添加提高钇基合金的热中子及γ射线屏蔽能力的效果仍然非常显著，本实施例制备的合金材料可用作耐高温核屏蔽用合金材料，是未来替换目前中子屏蔽用LiH、ZrH2和TiH2等系列的最佳候选材料，是一种高效率耐高温核屏蔽用钇硅合金材料。
实施例二十九：
本实施例与上述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种耐高温核屏蔽用钇硅合金材料的制备方法，包括如下步骤：
a.采用特种真空熔炼工艺，在原料配料时，采用的原料成分按照如下质量百分比组成进行原料配料：
采用真空熔炼工艺，将准备的原料放入真空炉中，抽真空至压力不高于3×10-3Pa，然后通入高纯氩气作为保护气氛；然后进行升温加热，按照10℃/min的升温速率，升温至1700℃，并保温熔炼10min，得到合金熔体，并浇铸成型，得到合金铸锭；
b.将在所述步骤a中制备的合金熔体浇铸成型，将浇铸得到的合金铸锭进行热压、热轧处理，其中，控制热压加工温度为800℃，热轧温度为850℃，反复轧制3次；再进行冷轧轧制3次；然后进行氩气保护气氛退火热处理和氢化工艺热处理，随后冷却至室温，最终制得耐高温核屏蔽用抗氢致开裂钇硅合金材料板材。
实验测试分析：
经过实验测试，测试结果表明，本实施例制备的合金材料晶粒大小在10～40μm，实现晶粒细化，钇与硅形成高熔点化合物Si3Y5，Dy元素和Gd元素联合添加，能进一步提高钇基合金的热中子及γ射线屏蔽能力，将比上述实施例，Dy元素和Gd加入量较低，但对提高钇基合金的热中子及γ射线屏蔽能力仍有比较好的效果，但Dy元素和Gd元素联合添加提高钇基合金的热中子及γ射线屏蔽能力的效果仍然非常显著，本实施例制备的合金材料可用作耐高温核屏蔽用合金材料，是未来替换目前中子屏蔽用LiH、ZrH2和TiH2等系列的最佳候选材料，是一种高效率耐高温核屏蔽用钇硅合金材料。
实施例三十：
本实施例与上述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，对于实施例七～实施例二十九，在步骤a中，原料中的硅的含量还可采用Si用量为0.5wt.％、1.5wt.％、2.0wt.％、3.0wt.％、4.0wt.％或2.0wt.％；调控Si用量为0.5-5.0wt.％，优选Si用量为1.0-5.0wt.％，实现钇元素、硅元素、Dy元素和Gd元素的合理调控，在钇与硅形成高熔点化合物Si3Y5，Dy和Gd分布在晶界，本实施例制备的合金材料晶粒大小在10～40μm，实现晶粒细化，钇与硅形成高熔点化合物Si3Y5，本实施例通过调控成分通过在钇基体内添加合金元素，大大提高了钇合金的抗氧化性能，改善了容易氧化导致钇氢化过程的裂纹，起到细化晶粒、改善物理性能和力学性能以及固氢的作用。
实施例三十一：
本实施例与上述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，对于实施例七～实施例二十九，在步骤a中，原料中的Dy的含量还可采用Dy用量为11.0wt.％、12.0wt.％、13.0wt.％、14.0wt.％、或15.0wt.％，原料中的Gd的含量还可采用Gd用量为11.0wt.％、12.0wt.％、13.0wt.％、14.0wt.％、或15.0wt.％，本实施例中Dy元素和Gd元素的用量较高，Dy元素和Gd加入量较高而显著提高了钇基合金的热中子及γ射线屏蔽能力。本实施例制备的合金材料晶粒大小在10～40μm，实现晶粒细化，钇与硅形成高熔点化合物Si3Y5，本实施例制备的合金材料可用作耐高温核屏蔽用合金材料，是未来替换目前中子屏蔽用LiH、ZrH2和TiH2等系列的最佳候选材料，是一种高效率耐高温核屏蔽用钇硅合金材料。
实施例三十二：
本实施例与上述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，在高温600-1000℃环境下，上述实施例一至实施例八耐高温核屏蔽用钇硅合金材料可作为耐高温中子复合屏蔽材料使用，同时屏蔽快中子并吸收热中子。上述实施例将所述耐高温核屏蔽用钇硅合金材料用于制备空间堆、车载堆或聚变堆等中任意一种先进堆中的中子复合屏蔽体的材料。
综上所述，上述实施例一至实施例三十一轻质高效耐高温核屏蔽用钇硅合金材料，其主要成分按照如下质量百分比组成：Si：0.5-5.0，其余原料成分为钇和不可避免的杂质。作为本发明上述是实施例轻质高效耐高温核屏蔽用钇硅合金材料：Si：0.5-2.5，Dy≤10.0或Gd≤10.0，其余成分为钇和不可避免的杂质。经配料、特种真空熔炼工艺得到合金熔体；经浇铸成型，再经热锻或热压、热轧、退火及氢化等工艺，最终制得一种轻质高效耐高温核屏蔽用钇硅合金板材。本发明上述实施例轻质高效耐高温核屏蔽用钇硅合金材料具有晶粒细小、强韧性好、耐腐蚀等优点。上述实施例中，Y具有较小的密度，氢化钇具有较高的分解温度，在高温下具有优异屏蔽快中子的能力。Si：0.5-5.0wt.％，尤其是Si：1.0-5.0wt.％，硅具有化学性质稳定，不与氢反应、中子活性低、不发生辐照肿胀等特性，钇硅合金在氢化过程中内应力分散不易开裂，在中子辐照后放射性低。同时硅与钇能够形成高熔点化合物Si3Y5，在钇基合金凝固过程中，Si3Y5能够起到细化晶粒的作用，在实施例二中，如图1所示，晶粒均匀细小，晶粒大小在10～40μm，晶界均匀，从而使得晶粒细小均匀的钇基合金在随后的热加工和高温氢化过程中不开裂，保持较高的强度和韧性。晶粒细化的钇基合金具有优异的热加工性、耐高温等特点，在高温600-1000℃环境下，耐高温核屏蔽用钇硅合金材料可作为耐高温中子复合屏蔽材料使用，同时屏蔽快中子并吸收热中子。
对于实施例七，Dy元素能提高钇基合金的热中子及γ射线屏蔽能力，对于实施例八，Gd元素能提高钇基合金的热中子及γ射线屏蔽能力。本发明上述实施例通过添加Dy或Gd，进一步得到具有低密度、耐高温、抗氧化和强屏蔽能力的新型核屏蔽用钇基合金材料。此外，硅的加入提高了钇基合金的抗腐蚀性能。本发明通过大量实验发现，在钇基合金中加入合适比例的硅、镝或钆等元素，通过特种真空熔炼工艺，可制备得到耐高温、屏蔽能力强、强韧性好的钇硅合金。本发明中的耐高温核屏蔽用钇硅合金材料具有晶粒细小、密度低、强韧性好、耐高温、耐腐蚀性能好等优点。
上面对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明轻质高效耐高温核屏蔽用钇硅合金材料及其制备方法的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种耐高温核屏蔽用钇硅合金材料，其特征在于，其主要成分按照如下质量百分比组成：Si：0.5-5.0wt.％，其余成分为钇和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述耐高温核屏蔽用钇硅合金材料，其特征在于，其组分还含有Dy、Gd中任意一种元素或任意多种元素，且Dy≤15.0wt.％，或Gd≤15.0wt.％。
3.根据权利要求1或2所述耐高温核屏蔽用钇硅合金材料，其特征在于，其成分按照如下质量百分比组成：Si：0.5-2.5，Dy≤10.0％，Gd≤10.0％，其余成分为钇和不可避免的杂质。
4.根据权利要求1或2所述耐高温核屏蔽用钇硅合金材料，其特征在于：合金晶粒大小在10～40μm，钇与硅形成高熔点化合物Si3Y5。
5.一种权利要求1所述耐高温核屏蔽用钇硅合金材料的制备方法，其特征在于，其步骤如下：a.采用特种真空熔炼工艺，在原料配料时，主要原料成分按照如下质量百分比组成进行原料配料：Si：0.5-5.0，其余原料成分为钇和不可避免的杂质，将配料后称量的全部原料进行冶炼，得到合金熔体，并浇铸成型，得到合金铸锭；
b.将在所述步骤a中制备的合金铸锭依次经热锻或热压，然后进行热轧、冷轧、退火及氢化工艺，最终制得耐高温核屏蔽用钇硅合金材料。
6.根据权利要求5所述耐高温核屏蔽用钇硅合金材料的制备方法，其特征在于：在所述步骤a中，所制备的耐高温核屏蔽用钇硅合金材料板材的成分按照如下质量百分比组成：Si：0.5-5.0，Dy≤15.0％或Gd≤15.0％，其余成分为钇和不可避免的杂质。
7.根据权利要求5所述耐高温核屏蔽用钇硅合金材料的制备方法，其特征在于：在所述步骤a中，采用特种真空熔炼工艺，将准备的原料放入真空炉中，抽真空至压力不高于3×10-3Pa，然后通入高纯氩气作为保护气氛；然后进行升温加热，按照不低于10℃/min的升温速率，升温至不低于1700℃，并保温熔炼至少10min，得到合金熔体，并浇铸成型。
8.根据权利要求5所述耐高温核屏蔽用钇硅合金材料的制备方法，其特征在于：在所述步骤b中，将在所述步骤a中制备的合金熔体浇铸成型得到的合金铸锭进行热压、热轧处理，其中，控制热压加工温度不低于800℃，热轧温度不低于850℃，反复轧制至少3次；再进行冷轧轧制至少3次；然后进行氩气保护气氛退火热处理和氢化工艺热处理，随后冷却至室温，最终制得耐高温核屏蔽用抗氢致开裂钇硅合金材料板材。
9.一种权利要求1所述耐高温核屏蔽用钇硅合金材料的应用，其特征在于，在高温600-1000℃环境下，可作为耐高温中子复合屏蔽材料使用，同时屏蔽快中子并吸收热中子。
10.根据权利要求9所述耐高温核屏蔽用钇硅合金材料的应用，其特征在于：将所述耐高温核屏蔽用钇硅合金材料用于制备空间堆、车载堆或聚变堆等中任意一种先进堆中的中子复合屏蔽体的材料。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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