【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于中子屏蔽材料，具體涉及一種金屬陶瓷屏蔽材料及其制備方法。
技術介紹
1、鑒于不同的射線產生形式及核技術的應用特點，傳統的中子屏蔽材料已很難滿足要求。在很多特殊的小型核反應堆(如緊湊型小型聚變堆、可移動小型裂變堆)和核設施應用場所，通常是多種能量射線的混合場，其輻射屏蔽材料不僅要有多種射線極高綜合屏蔽效能，而且要有一定的結構力學性能、承受極端環境考核、具備極高性能的功能/結構一體化中子/γ射線屏蔽材料,以大幅簡化屏蔽結構，實現屏蔽結構小型化。
2、目前典型的金屬基功能結構一體化射線屏蔽材料中，僅硼鋼應用相對成熟。它具有較好的熱中子吸收性能、γ射線屏蔽性能和優良的力學性能。由于硼鋼中硼的添加量有限，如要達到理想的中子吸收效果，必須通過增加硼鋼的厚度來提高其中子吸收能力；鋁基碳化硼復合材料由于可添加較高含量的硼，同時繼承了鋁良好的力學性能與導熱性能，是目前研究和應用最為廣泛的中子吸收材料。然而其幾乎對γ射線無屏蔽能力，且使用溫度不高，也限制了它的一些應用，如聚變堆屏蔽包層材料。近期的研究中，在鋁基體中添加鎢和硼元素制成的w-b/al復合材料(201310176166.4、201811591037.0))，由于硼和w的添加量有限，形成的復合材料對快中子和γ射線的綜合屏蔽性能、高溫力學性能和腐蝕性能都不理想。將鋁與氫化鈦、氫化鋯、硼復合而成的mh-b-al(mh：金屬氫化物)屏蔽材料(201711336252.1,202210992472.4)具有較好的快中子慢化、吸收性能，但一般氫化物在300-500℃開始分解
3、針對上述材料的應用缺陷，本專利技術對中子和γ射線在各個能段具有高效屏蔽特性，提供一種高密度的高溫功能/結構一體化中子和γ射線綜合屏蔽材料,有望在多種反應堆以及多種能量射線混合場設施中得到重要應用，以大幅簡化屏蔽結構，實現屏蔽結構的小型化。
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于提供一種結構簡單、對中子和γ射線在各個能段具有高效屏蔽特性的金屬陶瓷屏蔽材料及其制備方法。
2、本專利技術提供的屏蔽中子和伽馬射線的金屬陶瓷屏蔽材料，為(wxmo1-x)alb-mab相金屬陶瓷屏蔽材料，是一種具有三元層狀納米的222型mab固溶相化合物(為塊體)。為單斜立方晶體結構，空間群為cmcm，其晶胞由mb單元與a原子面交替堆垛而成；化合物由元素w、mo、al(或6061al合金)和b組成，mo是w在m位的固溶原子，mo的原子濃度中x為5-40at％，6061al合金中的合金元素si、mg等原子主要在a位。(6061al合金，是al合金產品型號，是標準公知的)。
3、該種化合相金屬陶瓷屏蔽材料具備極高濃度的w與b含量，對各種能段的中子和γ射線具有十分優異的屏蔽特性；另一方面，這種獨特的結構賦予材料的金屬和陶瓷雙重特性，即具有良好的力學特性，優越的導電、導熱性能，較高的熱穩定性以及高溫抗氧化性能。固溶原子mo的加入，主要是提高化合物相的分解溫度；將al用6061al合金替代以使在a位形成多元素固溶體，可以提高mab相的力學性能。
4、關于walb-mab相塊體材料的制備鮮有報道，peter采用熱壓法曾經嘗試制備walb，但由于工藝技術問題只合成了含有眾多雜相的低w含量的(moxw1-x)alb(x>0.75，純度不高于74.3±0.8mol.％.)固溶體，未能成功合成出walb及高w含量的(wxmo1-x)alb(x>0.25)固溶體。本專利技術采用鎢粉、鉬粉、硼粉和鋁粉(或6061al合金粉)按照(0.6～0.95):(0.05～0.4):(0.8～1.2):(1.0～2.0)的比例，采用真空熱壓法，成功制備出了相純度達92～96wt.％以上的(wxmo1-x)-mab相材料。
5、本專利技術提供的(wxmo1-x)alb-mab相金屬陶瓷屏蔽材料的制備方法，具體步驟為：
6、步驟1，以硼粉、鎢粉、鉬粉和鋁粉(或6061al合金粉)為原料進行配料得到原配料，同時可加入硬質酸鋅作為活性劑，在球磨過程中可減小粉末粘壁和粘球的情況，提高出粉率，并且防止冷焊；
7、步驟2，向原配料中加入球磨介質，在球磨機上以預定轉速球磨干混預定時間得到混合料；
8、步驟3，將混合料連同球磨介質用篩網分離，得到混合料；
9、步驟4，將干燥混合料進行預壓，隨后在真空環境或保護氣氛下，按照預定升溫速率和預定加壓速率進行升溫和加壓，達到預定燒結溫度和預定壓力后，在預定保溫保壓時間下進行燒結，得到燒結塊；
10、步驟5，將燒結塊按照預定降溫速率降溫至室溫，得到高純致密的(wxmo1-x)alb-mab相陶瓷塊體材料。
11、步驟1中，鎢粉、鉬粉、硼粉、鋁粉(或6061鋁合金粉)按摩爾比計為，w:mo:b:al＝(0.6～0.95):(0.05～0.4):(0.8～1.2):(1.0～2.0)；硬脂酸鋅活性劑為原配料的0.3～1wt.％。
12、步驟2中，球磨介質為瑪瑙球、氮化硅球、不銹鋼球以及氧化鋯球中的任意一種，預定轉速為100～300r/min，干混的預定時間為6～26h。
13、步驟4中，預壓的壓強為7～15mpa，真空環境的壓強為3×10-3～5×10-1pa。
14、步驟4中，預定升溫速率為5～20℃/min，預定燒結溫度為800-980℃，預定壓力為30～60mpa，預定保溫保壓時間為1～15h。
15、步驟4中，在燒結溫度達到200～400℃后，以0.1～2mpa/min的預定加壓速率進行加壓，至預定壓力。
16、步驟5中，預定降溫速率為100～200℃/h。
17、本專利技術制備方法，采用的初始材料較為經濟，可節約成本，所用的原材料簡單，市場上均有銷售，易于獲取；所得到的(wxmo1-x)alb陶瓷塊體材料具有很高的相純度，以及良好的力學性能、導熱性能和熱穩定性。
18、本專利技術提供的(wxmo1-x)alb-mab相金屬陶瓷屏蔽材料，在500-800℃環境溫度下，可作為功能結構一體化的中子屏蔽材料使用，該屏蔽材料密度適中，但對各種能段的中子和γ射線的屏蔽功能極強，力學強度高、熱穩定性好、耐腐蝕。本專利技術特別適用于小型和移動型反應堆，放射醫學用屏蔽材料等重要場合。
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1.一種屏蔽中子和伽馬射線的金屬陶瓷屏蔽材料，其特征在于，為(WxMo1-x)AlB-MAB固溶相化合物，具有單斜立方晶體結構，空間群為Cmcm，其晶胞由MB單元與A原子面交替堆垛而成；化合物由元素W、Mo、Al或6061Al合金和B組成，Mo是W在M位的固溶原子，Mo的原子濃度x為5-40at％，6061Al合金中的合金元素Si、Mg原子主要在A位。
2.根據權利要求1所述的屏蔽中子和伽馬射線的金屬陶瓷屏蔽材料，其特征在于，元素鎢、鉬、硼、鋁或6061鋁合金按摩爾比計為，W:Mo:B:Al＝(0.6～0.95):(0.05～0.4):(0.8～1.2):(1.0～2.0)。
3.一種如權利要求1所述的金屬陶瓷屏蔽材料的制備方法，其特征在于，具體步驟為：
4.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于，步驟1中，鎢粉、鉬粉、硼粉、鋁粉或6061鋁合金粉按摩爾比計為：W:Mo:B:Al＝(0.6～0.95):(0.05～0.4):(0.8～1.2):(1.0～2.0)。
5.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，步驟2中，球磨介質為
6.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于，步驟4中：
7.根據權利要求6所述的制備方法，其特征在于，步驟5中，降溫速率為200-250℃/h。
...【技術特征摘要】
1.一種屏蔽中子和伽馬射線的金屬陶瓷屏蔽材料，其特征在于，為(wxmo1-x)alb-mab固溶相化合物，具有單斜立方晶體結構，空間群為cmcm，其晶胞由mb單元與a原子面交替堆垛而成；化合物由元素w、mo、al或6061al合金和b組成，mo是w在m位的固溶原子，mo的原子濃度x為5-40at％，6061al合金中的合金元素si、mg原子主要在a位。
2.根據權利要求1所述的屏蔽中子和伽馬射線的金屬陶瓷屏蔽材料，其特征在于，元素鎢、鉬、硼、鋁或6061鋁合金按摩爾比計為，w:mo:b:al＝(0.6～0.95):(0.05～0.4):(0.8～1.2):(1.0～2.0)。
3.一種如權利要求1所述的金屬陶...
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