技术领域
[0001] 本发明涉及磁约束核聚变领域，具体内容是一种屏蔽性能可调的钨基屏蔽材料，可应用于装置不同部位。
相关背景技术
[0002] 随着聚变装置向紧凑型发展，由于严格的空间限制，特别需要提高屏蔽效率。先进的屏蔽材料必须在保护超导磁体免受过度辐射引起的性能退化的同时避免相关的加热，从而将低温系统的能量消耗保持在可接受的水平。装置的不同位置处辐射强度不同，需要不同屏蔽性能的屏蔽材料，可以调节成分，满足屏蔽性要求。目前钨(W)通常是高级屏蔽的默认选择。然而，钨的中子俘获截面有限，特别是在热中子能量下，因此需要能够更有效地衰减中子和伽马射线的新材料。考虑到聚变装置中屏蔽材料具有广谱的抗辐照的要求(α，β，γ以及不同能量的中子)，加入轻元素以提高材料的低能中子慢化能力，W则吸收中子和γ射线。另外，由于W价格高，质量占比大，因此可以通过调节成分实现所需屏蔽要求的条件下降低成本，以提高装置的经济性。
[0003] 基于碳化钨的陶瓷材料结合了轻元素和重元素，其屏蔽性能优于纯钨W基屏蔽材料最开始考虑的是WC材料。WC抗氧化性，热震性能优于纯W，但无压烧结很难致密化。商业WC陶瓷通常采用Co基金属粘合剂。但是由于Co在被高能中子辐照时具有很高的活性，并且价格高昂，因此不在核聚变领域应用Co。将铁与铬合金化可以很好地解决这个问题，从低活化铁素体钢的文献来看，已知在Cr含量为7‑10wt％时，对辐照诱发的脆性的抵抗力达到最大。同时加Cr还可以抑制材料的磁性增强材料的抗腐蚀性能。
[0004] B元素由于其热中子吸收截面高，且相比于其他高热中子吸收截面的元素价格低，并且不会产生二次放射性，可以用来取代C，在核屏蔽领域一直受到关注。
[0005] 本材料也可用于其他需要屏蔽中子和伽马射线的领域，如裂变堆、核动力装置以及核废料贮存格架等。
具体实施方式
[0028] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
[0029] 实施案例一：
[0030] 该实施例提供的先进屏蔽材料成份为B：4.3wt.％，W：67wt.％，Cr：2wt.％，其余为Fe。本实施例中的钨基合金的制备依次包括如下步骤：
[0031] (1)制粉：将硼铁合金(B含量为20wt.％，余量为Fe)、铬铁合金(Cr含量为70wt.％，余量为Fe)以及纯铁按照质量分数分别为硼铁合金86.4％、铬铁合金10.1％和纯铁3.5％(以硼铁合金、铬铁合金和纯铁的总质量计)混合配制，配好后加热到1700℃熔炼，通过雾化设备进行雾化制成合金粉末，并过筛，所述的合金粉末的粒径小于380μm，得均匀合金粉末。
[0032] (2)混粉：将钨粉和合金粉末以钨粉质量分数66％和合金粉末34％(以钨粉和合金粉末的总质量计)混合，在三维混料机中混粉8小时，得到均匀粉末。
[0033] (3)烧结：将混均后的粉末装入热等静压包套中振实并脱气，最后在160Mpa下12503
℃热等静压保温2.5小时得到密度为12.3g/cm的先进屏蔽材料。
[0034] 图1为本发明实施例一所得屏蔽材料的SEM图，烧结后组织均匀，孔隙率极少。深色部分铁富集，浅色部分钨富集。
[0035] 表1显示了使用EBSD对实施例一所得屏蔽材料分析检测的相的结果。主要相为纯Fe WB相、W相和W6 Fe7相。零解析较高是因为不同相硬度差别较大，抛光后不平整导致。有效屏蔽元素W和B主要以金属间硼化物、钨单质和硼化物的形式存在的。
[0036] 表1
[0037] 相名称 相百分比(％)W2B5 0.10
WB4 0.05
FeWB 70.56
W2FeB2 0.38
W6Fe7 1.68
W 6.03
FeB 0.19
Fe2B 0.62
WB 0.20
零解析 20.20
[0038] 本发明未详细阐述部分属于本领域技术人员的公知技术。以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
