RU2799773C1 - Композиционный материал для защиты от ионизирующего излучения и способ его получения - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области космического материаловедения, в частности к разработкам материалов, обеспечивающих защиту от космического излучения, в том числе электронного, протонного, гамма- и нейтронного излучения. Композиционный материал для защиты от ионизирующего излучения включает сверхмолекулярный полиэтилен и наполнители, при следующем соотношении компонентов, мас. %: сверхмолекулярный полиэтилен (СВМПЭ) – 35-50; оксид висмута Bi₂O₃ – 37,5-47,5; карбид бора B₄C – 12,5-17,5. Изобретение позволяет получать композиционный материал для защиты от ионизирующего излучения, обладающий повышенными физико-механическими свойствами. 2 н.п. ф-лы, 2 табл.

Description

Изобретение относится к области космического материаловедения, в частности к разработкам материалов, обеспечивающих защиту от космического излучения, в том числе электронного, протонного, гамма- и нейтронного излучения. Композит предназначен для замедления быстрых нейтронов до тепловых с последующим их поглощением, а также снижения интенсивности гамма-излучения, кроме того достигнуто и улучшение физико-механических свойств композита в сравнении с существующими аналогами.

Известен композиционный материал на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена для комбинированной радио и радиационной защиты, наполненный пентаборидом дивольфрама и техническим углеродом [Патент RU 2632932, опубликовано 13. 12. 2016. г. Бюл. №29]. Изобретение относится к области защиты от ионизирующего и сверхвысокочастотного излучения. Композиционный материал состоит из: сверхвысокомолекулярного полиэтилена – 50-75 масс.%, пентаборида дивольфрама – 20-30 масс.% и технического углерода УМ-76 – 5-20 масс.%. Относится к композиционным материалам, обладающим комбинированными свойствами по защите от гамма-, нейтронного и электромагнитного излучения, в частности к материалам на основе полимерного связующего, в качестве которого используется сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ), наполненный радио- и радиационно-защитными неорганическими компонентами.

Данное изобретение не обладает радиационной стойкостью к электронному и протонному излучению, и соответственно его использование в условиях космического излучения затруднено.

Известен защитный экран от ионизирующего излучения для бортового комплекса оборудования [Патент RU 2664715, опубликовано 03.08.2018 г. Бюл. №24] изобретение относится к области радиационной защиты объектов, в частности к устройствам радиационной защиты различных видов электронных приборов летательных аппаратов, радиотехнического оборудования, и предназначено преимущественно для защиты элементной базы радиоэлектронной аппаратуры изделий военной техники. Материал представляет собой поглощающий быстрые и тепловые нейтроны материал на основе полиэтилена с добавками аморфного бора. Внутренний слой представляет собой поглощающий рентгеновское и γ-излучение материал с матрицей на основе каучука и с порошкообразными наполнителями, такими как вольфрам и/или оксид висмута, при этом толщина двухслойной структуры должна быть не менее 1 см.

Недостатком данного изобретения является то, что материал имеет слоистую структуру, усложняющую процедуру изготовления. К тому же использование полиэтилена в качестве связующего (в отличие от сверхвысокомолекулярного полиэтилена) значительно понижает прочностные характеристики материала.

В качестве аналога изобретения известно радиационно-защитное покрытие радиоэлектронной аппаратуры, известное из [Патент RU 2605608, опубликовано 27.12.2016 г.]. Радиационно-защитное покрытие, содержит переходный металл шестого периода Периодической системы химических элементов, постпереходный металл шестого периода Периодической системы химических элементов и/или лантаноид и поглощающее вещество, содержащее химический элемент с атомным номером меньшим, чем у упомянутых химических элементов, при этом оно состоит из множества чередующихся слоев из частиц по меньшей мере одного переходного металла шестого периода Периодической системы химических элементов, постпереходного металла шестого периода Периодической системы химических элементов и/или лантаноида и из упомянутого поглощающего вещества. В патенте раскрыто, что радиационно-защитное покрытие может образовывать корпус радиоэлектронный аппаратуры, который, по сути, выполняет роль защитного экрана.

Однако данное техническое решение не позволяет обеспечить при минимальных габаритно-массовых характеристиках оптимальную защиту элементной базы от ионизирующих излучений, так как в изобретении используют чистые металлы, которые к тому же в условиях космоса приводят к возникновению вторичного нейтронного и гамма-излучения при прохождении корпускулярных частиц через металлический экран. Поэтому изделия из этих материалов не могут быть установлены в жилых модулях космонавтов.

Известен полимерный композит для нейтронной защиты и способ его получения [Патент RU 2633532, опубликовано 13.10.2017 Бюл. №29] включающий связующее, гидрид титана и модификатор, в качестве связующего используется полиалканимид, гидрид титана с боросиликатным покрытием, а в качестве модификатора - жидкость гидрофобизирующая 136-41 при следующем соотношении компонентов, мас. %: полиалканимид – 27-33 мас. %; гидрид титана с боросиликатным покрытием – 65,8-72,5 мас. %; жидкость гидрофобизирующая 136-41 – 0,5-1,2 мас. %. Способ получения полимерного композита, включает смешение компонентов, загрузку в пресс-форму и прессование. Предварительно гидрид титана измельчают в шаровой мельнице в течение 27-35 мин, наносят на него боросиликатное покрытие, модифицируют совместным помолом с раствором жидкости гидрофобизирующей 136-41 в течение 4-7 мин и сушат при температуре 145-152 °C не менее 90 мин, а смешивание осуществляют с полиалканимидом в течение 5-8 мин, загрузку - в пресс-форму, нагретую до 200-220°C, с дальнейшим нагревом до температуры 300-305°C и с выдержкой не менее 35 мин и прессуют методом горячего прессования при удельном давлении 1 ГПа.

Недостатком данного изобретения является то, что материал обеспечивает эффективную защиту только от потока нейтронов, но не достаточно эффективно защищает от космического излучения (электронного, протонного, гамма-).

Известен способ, в котором полимерная композиция для радиационной зашиты электронных приборов [RU 2530002, опубл. 10.10.2014], содержащая полимерное связующее, литий и бор в качестве экранирующих наполнителей (агентов), может быть использована для изготовления защитных материалов для биологической защиты, в качестве теневой защиты ядерных энергетических установок, аппаратуры ядерно-опасных объектов. Композиция содержит в качестве связующего полипропилен и/или полиэтилен, а литий и бор в составе соединения тетрагидридобората лития (ТГБЛ), капсулированного при следующем соотношении ингредиентов, порошкообразный экранирующий наполнитель - тетрагидридоборат лития - не более 5 мас. %, полиэтилен и/или полипропилен - остальное.

Недостатком данного изобретения является то, что материал обеспечивает эффективную защиту только от потока нейтронов, но не достаточно эффективно защищает от космического излучения (электронного, протонного, гамма-).

В качестве прототипа изобретения известен патент RU 2605696, (кл. G21F 1/00, 27.12.2016 г.) в котором раскрыт радио-, радиационно-защитный материал на полимерной основе, содержащий сверхвысокомолекулярный полиэтилен с наночастицами вольфрама, карбида бора и технического углерода при следующем соотношении компонентов (% масс.): Сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ) 40-60, Вольфрам 18-20, Карбид бора 15-20, Технический углерод УМ-76 5-20. Изобретение может быть использовано для изготовления изделий, применяемых в средствах индивидуальной защиты медицинских и аварийно-спасательных служб, а также в авиакосмической, атомной отраслях промышленности и в медицине. Композит обеспечивает защиту от электромагнитного излучения сверхвысоких (СВЧ), крайне высоких (КВЧ) частот, электронов, протонов, нейтронов, рентгеновского и γ-излучений.

С существенными признаками изобретения в части вещества совпадает следующая совокупность признаков прототипа: сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ) и карбида бора. В части способа: термопрессование при температуре и давлении.

Недостатком известного прототипа являются большая доля содержания металлического вольфрама, что в условиях космического излучения приведет к генерации вторичного нейтронного и гамма-излучения, что делает его не применимым в жилых модулях космонавтов, а также низкие физико-механические характеристики за счет добавления большого количества технического углерода. Кроме того в изобретении используют порошки в нанометровом диапазоне 50-100 нм, что в разы повышает себестоимость готовой продукции, как за счет стоимости нанопорошков, так и за счет способа их введения, который бы исключал агрегацию наночастиц.

Предлагаемое изобретение направлено на разработку композиционного материала для защиты от ионизирующего излучения и способа получения этого материала, обладающего повышенными физико-механическими свойствами по сравнению с прототипом при высоком уровне защиты от космической радиации. Применяется комбинация замедлитель – поглотитель, упрощенная технология изготовления при сохранении высоких радиационно-защитных свойств.

Это достигается тем, что композиционный материал для защиты от ионизирующего излучения (в дальнейшем композиционный материал) включает сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ), карбид бора B₄C и оксид висмута Bi₂O₃ при следующем соотношении компонентов, мас. %: СВМПЭ – 37,5-45, карбид бора B₄C – 13,8-15,6, оксид висмута Bi₂O₃ – 41,3-46,9.

Способ получения композиционного материала для защиты ионизирующего излучения по пункту 1, включает загрузку компонентов в пресс-форму с дальнейшим нагревом, прессование с поддержанием давления в течение 7 минут, сброс давления с дальнейшим охлаждением до комнатной температуры, при этом, что оксид висмута Bi₂O₃ и карбид бора B₄C просушивали в сушильном шкафу при температуре 130 ºС в течение не менее 60 мин с дальнейшим просеиванием через сито с размером ячейки 0.64 мкм, а порошковый сверхвысокомолекулярный полиэтилен с размером частиц 64 мкм. просушивали в сушильном шкафу при температуре 80 ºС в течение не менее 60 мин, затем подготовленный материал загружался в камеру криогенного помола и проводили измельчение компонентов в среде жидкого азота в течение не менее 20 мин, затем загружали композиционный материал в пресс-форму и нагревали до 150 °С в течение 90-100 мин с дальнейшим прессованием при давлении 110 МПа в течение 5-7 мин.

Получение готового композиционного материала включает в себя просушку компонентов в сушильном шкафу, загрузку в камеру криогенного помола и смешивание, загрузку в пресс-фору с дальнейшим нагревом, прессование под давлением с выдержкой нагрузки, сброс давления, охлаждение образца.

На первом этапе оксид висмута Bi₂O₃ и карбид бора B₄C просушивали в сушильном шкафу при температуре 130 ºС в течение не менее 60 мин с дальнейшим просеиванием через сито с размером ячейки 0.64 мкм, а порошковый свермолекулярный полиэтилен (СВМПЭ) с размером частиц 64 мкм. просушивали в сушильном шкафу при температуре 80 ºС в течение не менее 60 мин, затем подготовленный материал загружался в камеру криогенного помола и проводили измельчение компонентов в среде жидкого азота в течение не менее 20 мин, затем загружали композиционный материал в пресс-форму и нагревали до 150 °С в течение 90-100 мин с дальнейшим прессованием при давлении 110 МПа в течение 5-7 мин, после чего проводили сброс давления и охлаждение композита до комнатной температуры.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый композиционный материал отличается тем, что в качестве наполнителей используются карбид бора B₄C и оксид висмута Bi₂O₃ при следующем соотношении компонентов, мас. %: СВМПЭ – 37,5-45, карбид бора B₄C – 13,8-15,6, оксид висмута Bi₂O₃ – 41,3-46,9.

В части способа – отличается тем, что на первом этапе оксид висмута Bi₂O₃ и карбид бора B₄C просушивали в сушильном шкафу при температуре 130 ºС в течение не менее 60 мин с дальнейшим просеиванием через сито с размером ячейки 0.64 мкм, а порошковый сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ) с размером частиц 64 мкм. просушивали в сушильном шкафу при температуре 80 ºС в течение не менее 60 мин, затем подготовленный материал загружался в камеру криогенного помола и проводили измельчение компонентов в среде жидкого азота в течение не менее 20 мин, затем загружали композиционный материал в пресс-форму и нагревали до 150 °С в течение 90-100 мин с дальнейшим прессованием при давлении 110 МПа в течение 5-7 мин, после чего проводили сброс давления и охлаждение композита до комнатной температуры.

Отличительной чертой от аналогов данного композита является использование криогенного помола для приготовления составов перед прессованием. Использование криогенного помола позволяет в значительной степени лучше подготовить материал перед прессованием и повысить связываемость частиц между собой тем самым улучшая физико-механические свойства композита. Совместная обработка в камере криогенного помола приводит к формированию полимерных композиционных частиц чешуйчатой формы с равномерным распределением в матрице оксид висмута Bi₂O₃, карбида бора B₄C размером 1–5 мкм. Совместный механический помол способствует лучшему размельчению структур полимера.

Благодаря методу горячего прессования, нагреву пресс-формы и выдержке при температуре 150°С происходит размягчение полиэтиленового материала и его переход в вязко-текучее состояние. Данный метод прессования при давлении 110 МПа позволяет осуществить сдвиговые деформации, это приводит к равномерному распределению наполнителя в расплаве. Также, при использовании такого высокого удельного давления в полимерном композите будут происходить топохимические реакции между его компонентами, что, в свою очередь, создаст прочную связь между ними, обеспечивая высокую плотность и прочностные характеристики композита.

Таким образом, заявляемые технические решения соответствуют критерию изобретения «новизна».

Сравнение заявляемых решений не только с прототипом, но и с другими известными техническими решениями в данной области техникие не подтвердило наличие в последних признаков, совпадающих с отличительными признаками предлагаемого композицонного материала, или признаков, влияющих на достижение указанного технического результата. Это позволило сделать вывод о соответствии изобретения критерию «изобретательский уровень».

Характеристики используемых компонентов

1. В качестве матрицы используется (СВМПЭ), который представляет собой пресс-порошок белого цвета марки (ТУ 0001) со средним размером частиц 400 мкм. (чистота >99%, плотность 900-930 кг/м³ температура плавления 100-115 °С). Температурный диапазон эксплуатации от – 70 до + 80 °С, предел прочности при растяжении 530 кгс/см², предел прочности при сжатии – 330 кгс/см², модуль упругости при сжатии 9000 кгс/см².

2.Оксид висмута (α-Bi₂O₃) по ГОСТ 10216-75 (например, ООО «Завод редких металлов», г. Новосибирск, Россия). Оксид висмута представляет собой порошок лимонно-желтого цвета, не растворим в воде, растворим в кислотах. Размер частиц от 0,1 до 27 мкм, удельная поверхность частиц 44964 см²/см³, модальный диаметр 5,93 мкм.

3. Карбид бора F2500 (B₄C) ГОСТ 5744-85 (например, ООО «Плазмотерм», г. Москва, Россия). Основная фракция 1-,0 мкм. Размер по ГОСТ М1. Представляет собой кристаллы черного цвета – порошок карбида бора. Обладает высокой химической стойкостью и твердостью. Не подвергается окислению на воздухе и при нагревании до 600 °С. Не растворим в воде и минеральных кислотах. Разлагается в кипящих щелочных растворах. Является проводником р-типа, а при сверхнизких температурах около -270 °С становится сверхпроводником. Относится к категории тугоплавких материалов, для расплавления необходима температура свыше 2000 °С. Более подробно техническая информация о карбиде бора указана последующей ссылке: [https://plasmotherm.ru/catalog/micropowders/carbides/boron_carbide/144115/].

Оптимальное соотношение компонентов, выраженное в их процентном содержании, определяли экспериментальным путем. В процессе исследования приготовили 5 составов композиционного материала для изучения его свойств. Количественное содержание компонентов предлагаемого композиционного материала и прототипа приведено в табл. 1.

Таблица 1

Составы композиционного материала

Исследуемые составы	Содержание компонента, мас. %
	СВМПЭ	Оксид висмута Bi2O3		Карбид бора B4C
1	35	47,5		17,5
2	37,5	46,9		15,6
3	40	45		15
4	45	41,3		13,8
5	50	37,5		12,5
Прототип	40-60	Технический углерод УМ-76 18-20	Вольфрам 18-20	15-20

В качестве наполнителей использовали карбид вольфрама, карбид бора, оксид висмута. Такой состав обусловлен тем, что наполненный сверхвысокомолекулярный полиэтилен сохраняет ценные свойства полимерной матрицы: высокие физико-механические характеристики в широком диапазоне температур и необходим для замедления быстрых нейтронов до тепловых, карбид бора предназначен для поглощения тепловых нейтронов, оксид висмута для поглощения гамма-квантов и защите от электронного и протонного излучения.

В результате истирания и помола происходит возрастание концентрации поверхностных дефектов наполнителя, что обусловлено нарушением контактов между кристаллами с разрывом ковалентных связей, что создает развитый рельеф.

На первом этапе оксид висмута Bi₂O₃ и карбида бора B₄C загрузили в сушильный шкаф для просушивания компонентов при температуре 130 ºС в течение не менее 60 мин, после материал просеяли через сито с размером ячейки 0.64 мкм

При помощи криогенного помола в среде жидкого азота в течение не менее 20 мин проводили измельчение и смешение сверхвысокомолекулярного полиэтилена и наполнителей. Использование криогенного помола в среде жидкого азота (температура минус -196 –°С) обусловлено тем, что при помоле в шаровом механоактиваторе (заявлено в прототипе) частицы сверхвысокомолекулярного полиэтилена сильно нагреваются и размягчаются, что приводит к скатыванию композита, налипанию частиц на мелющие тела, помол в таких условиях не выполняется. Не удается достичь желаемого результата. При уменьшении времени помола частицы в материале не распределяются достаточно равномерно, что приводит к уменьшению радиационно-защитных свойств, а также понижаются физико-механические характеристики композиционного материала.

После криогенного помола готовую смесь полиэтилена и наполнителей загружали в пресс-форму и нагревали до 150 °С и выдерживали в шкафу в течение 90-100 мин. Происходит размягчение сверхвысокомолекулярного полиэтилена и его переход в вязко-текучее состояние. Далее форма с материалом переносится на пресс при давлении 110 МПа с выдержкой давления в течение 5-7 мин, что позволяет осуществить сдвиговые деформации, это приводит к равномерному распределению наполнителя в расплаве.

По завершению прессования происходило постепенное охлаждение пресс-формы сброс давления с дальнейшим охлаждением до комнатной температуры. Данные технологические процедуры необходимы для отвода тепла от формирующегося изделия и получения композиционного материала однородной структуры без внутренних напряжений, трещин и расслоений.

В табл. 2 представлены данные по физическим характеристикам и, радиационной стойкости предлагаемых составов. Плотность определялась методом гидростатического взвешивания, в основе этого метода лежит закон Архимеда: сначала определяется масса образца в воздухе, затем – в жидкости с известной плотностью (например, дистиллированная вода). После взвешивания образцов в воздухе и в жидкости находим их плотность по формуле (1):

где m ₁ – вес тела в воздухе; m ₂ – вес тела в воде; ρ _в = 0,998 г/см³ – плотность воды при 20 °С; σ = 0,0012 г/см³ плотность воздуха.

Измерения твердости поверхности по Виккерсу проводили на приборе твердомер NEXUS 4504. В качестве индентора использовали четырехгранную алмазную пирамиду Виккерса с квадратным основанием и углом при вершине между противоположными гранями 136º. Нагрузка во всех измерениях была одинаковая – 200 г и действовала в течение фиксированного времени (15 сек).

Таблица 2

Физические характеристики и радиационная стойкость композиционного материала

Показатель	Исследуемые составы композиционного материала					Прототип
	1	Предлагаемые составы			5
		2	3	4
Плотность ρ, кг/м3	4892	4819	4667	4371	4063	4678-5223
Твердость по Виккерсу при нагрузке 200 г	13,23	12,54	11,34	9,93	8,63	14,33-11,4
Радиационная стойкость, МГр	3,9	4,2	4,5	4,9	5,1	4,1-5,4
Модуль упругости ГПа	2,5	2,4	2,2	2	1,9	1,8-2,3
Предел текучести МПа	23,3	22,8	22,1	20,7	20,1	20,3-21,2
Пластическая деформация. F, H	98	108	124	135	149	82-103
Макроскопическое сечение выведения быстрых нейтронов (Е>2 МэВ), см-1	0,1622	0,1427	0,1312	0,1323	0,1329	0,0921-0,0943
Сечение выведения тепловых нейтронов (Е<0,4 эВ), см-1	0,1467	0,1441	0,1432	0,14229	0,1386	0,0864-0,0931
Длины релаксации быстрых нейтронов (Е>2 МэВ), см	7,94	7,83	7,60	7,21	6,87	8,38-9,33

Радиационная стойкость предлагаемых составов оценивалась по уменьшению прочности при растяжении в 2 раза материалов, подвергнутых облучению потоком быстрых электронов в вакууме (Р=1,4·10^-4 Па) с энергией 5 МэВ (мощность пучка 1,5 кГр/с) на СВЧ-ускорителе электронов «Радуга».

Для сравнения радиационно-защитных свойств материалов рассчитаны макроскопические сечения выведения и длины релаксации быстрых нейтронов с энергией более 2 МэВ.

Испытания на изгиб проводили на машине испытательной РЭМ-100, длина между опорами составляет 15 мм. Предел прочности при изгибе определяли по стандартным методикам согласно ГОСТ Р 57749-2017 (ИСО 17138:2014). Нагружения проводились для испытаний на трехточечный изгиб. Прочность при трехточечном изгибе (МПа) вычисляли по формуле:

где F _m – максимальная нагрузка, Н; L – расстояние между нижними опорами, мм; b – ширина образца, мм; h – средняя толщина образца, мм.

Параметры образцов подвергшихся испытанию: толщина 2 мм, ширина 10 мм, длина 25 мм.

С помощью измерительного аппарата марки 3B Scientific для исследования упругой деформации плоских стержней и для определения модуля упругости измеряли следующие показатели: предел текучести МПа, а также модуль упругости ГПа.

В результате экспериментов было установлено, что для достижения поставленного технического результата, оптимальных физико-механических свойств, а также сохранения высоких радиационно-защитных показателей, в составе предлагаемого композиционного материала должны присутствовать компоненты в следующем соотношении: (ПВД) полиэтилен высокого давления – 37,5-45 мас. %; оксид висмута Bi₂O₃ – 41,3-46,9 мас.; карбид бора B₄C – 13,8-15,6 мас. % (составы № 2,3,4).

При 35 % мас. полиэтилена и меньше (состав 1) полиэтилена в составе композиционного материала значительно ухудшались его физико-механические свойства, оцениваемые по твердости по Виккерсу и испытанию на пластическую деформацию (табл. 2), так как при малом содержании полиэтилена не происходит скрепление наполнителей в единый композиционный материал, а при большем 50 мас. % значительно ухудшаются его нейтронно-защитные характеристики. Уменьшение содержания оксида висмута в составе композиционного материала менее 37,5 мас. %, значительно уменьшается радиационная стойкость, а при увеличении более чем 47,5 мас. % дестабилизировалась структура композиционного материала, что приводило к ухудшению физико-механических свойств. Так же содержание карбида бора в композиционном материале менее 12,5 мас. % (состав 5) не позволяет эффективно поглощать тепловые нейтроны, а увеличение его содержание более 17,5 мас. % (состав 1) не давало значительного прироста эффективности и приводило к уменьшению физико-механических свойств композита.

Рассмотрим способ получения композиционного материала на примере состава 3 (табл. 1).

Для изготовления композиционного материала в начале порошок оксида висмута Bi₂O₃ и карбида бора B₄C просушивали в сушильном шкафу при температуре 130 ºС в течение 60 мин, после материал пропускали через сито с размером ячейки 0.64 мкм. Порошковый свермолекулярный полиэтилен (СВМПЭ) с размером частиц 350-400 мкм. просушивали в сушильном шкафу при температуре 80 ºС.

Затем подготовленный материал загружали в камеру криогенного помола оксида висмута Bi₂O₃ 4,5 г., СВМПЭ 4 г. и карбида бора B₄C 1,5 г. (состав №3). В среде жидкого азота помол проводится в течение 20 минут, для измельчения частиц полиэтилена и смешения компонентов.

Следующим этапом загружали композиционный материал в пресс-форму с последующим нагревом до 150 °С в течение 90 минут. Далее осуществляли прессование с поддержанием 110 МПа; в течение 5 мин. И сбрасывали давления. После, охлаждали композит до комнатной температуры.

Полученные данные показывают, что заявляемый композиционный материал обладает такими же высокими показателями радиационной защиты, при этом превосходя показатели по физико-механическим свойствам (табл. 2), а также имеет упрощенную технологию изготовления по сравнению с прототипом.

Предложенное решение позволяет осуществить защиту от нейтронного излучения, а также от сопровождающего вторичного гамма-излучения, улучшив счет предлагаемого состава и способа физико-механические характеристики (твердость, модуль упругости, предел текучести, и пластическую деформацию) при меньшей плотности в сравнении с прототипом.

Преимущества предлагаемого композиционного материала заключаются в следующем:

– композиционный материал обладает меньшей плотностью чем прототип, что позволяет создавать элементы космических летательных аппаратов с улучшенными энергомассовыми характеристиками;

– улучшенная технология изготовления, включающая в себя использование криогенного помола, которая позволяет в сравнении с прототипом лучше подготовить материал перед прессованием и повысить связываемость частиц между собой, тем самым улучшая физико-механические свойства композита, а так–же повышая радиационно-защитные свойства.

Таким образом, использование новой технологии и композиционного состава позволяет получить улучшенные физико-механические свойства, не уступая в радиационно-защитных характеристиках. При этом материал получил меньшую плотность и более упрощенный метод изготовления.

Claims (5)

1. Композиционный материал для защиты от ионизирующего излучения, включающий сверхмолекулярный полиэтилен и наполнители, отличающийся тем, что в качестве наполнителей используются оксид висмута Bi₂O₃, карбид бора B₄C, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

сверхмолекулярный полиэтилен – 35-50;

оксид висмута Bi₂O₃ – 37,5-47,5;

карбид бора B₄C – 12,5-17,5.

2. Способ получения композиционного материала для защиты ионизирующего излучения по п. 1, включающий загрузку компонентов в пресс-форму с дальнейшим нагревом, прессование с поддержанием давления в течение 7 мин, сброс давления с дальнейшим охлаждением до комнатной температуры, отличающийся тем, что оксид висмута Bi₂O₃ и карбид бора B₄C просушивали в сушильном шкафу при температуре 130 °С в течение не менее 60 мин с дальнейшим просеиванием через сито с размером ячейки 0.64 мкм, а порошковый сверхвысокомолекулярный полиэтилен с размером частиц 64 мкм просушивали в сушильном шкафу при температуре 80 °С в течение не менее 60 мин, затем подготовленный материал загружался в камеру криогенного помола и проводили измельчение компонентов в среде жидкого азота в течение не менее 20 мин, затем загружали композиционный материал в пресс-форму и нагревали до 150 °С в течение 90-100 мин с дальнейшим прессованием при давлении 110 МПа в течение 5-7 мин.