本发明公开了一种硼基材料改性的稀土氧化物空间n‑γ混合场辐射屏蔽的复合涂层及其制备方法，属于功能材料制备技术领域。本发明解决了现有稀土金属氧化物受到辐射会产生二次辐射，以及稀土金属氧化物纳米颗粒易团聚，在树脂中浸润性差，与树脂基底形成复合涂层材料时强度差，对中子辐射屏蔽性能差等问题。本发明通过化学气相沉积法在稀土氧化物纳米颗粒外表面沉积一层致密且厚度可控的BN或BC膜层，形成核壳结构粉体，再将其与树脂基体复合，制备成防辐射涂层。本发明制备的核壳结构极大增强了稀土氧化物纳米粒子在树脂基体中的浸润性和分散均匀度，对树脂基体的强度起到增强作用的同时，有效屏蔽γ射线和中子，并减少二次辐射。
1.一种硼基材料改性的稀土氧化物空间n‑γ混合场辐射屏蔽的复合涂层的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1，制备核壳结构粉体；
采用气相沉积法在稀土金属氧化物纳米颗粒外表面沉积BN或BC膜层，获得核壳结构粉体；所述的步骤1中气相沉积的操作过程为：将稀土金属氧化物纳米颗粒在550 750℃条件~下与反应气接触反应，反应时间为30 120min，在稀土金属氧化物纳米颗粒表面沉积包覆BN~或BC薄膜；
其中，反应气停留时间为0.15 0.35s，反应压力为3.5 5.5kpa，稀释气体是纯度为~ ~
99.999%惰性气体或纯度为99.999%的氢气；
所述的反应气由BX3、N2、H2和NH3组成，各气体流量分别为：BX3为15v/ml·min 、N2为‑1 ‑1 ‑1 ‑1
105v/ml·min 、H2为15v/ml·min 和NH3为65v/ml·min ，或者BX3为20v/ml·min 、N2为‑1 ‑1 ‑1 ‑1
100v/ml·min 、H2为20v/ml·min 和NH3为60v/ml·min ，或者BX3为25v/ml·min 、N2为‑1 ‑1 ‑1
95v/ml·min 、H2为25v/ml·min 和NH3为55v/ml·min ；
将步骤1获得的核壳结构粉体与树脂进行混合，并使用三辊研磨机进行研磨处理，研磨结束后，将得到的浆料涂覆在被保护物表面，干燥处理后形成复合涂层。
2.根据权利要求1所述的一种硼基材料改性的稀土氧化物空间n‑γ混合场辐射屏蔽的复合涂层的制备方法，其特征在于，所述的稀土金属氧化物为氧化钆、氧化铒中一种或两种按任意比例混合，稀土金属氧化物的平均粒径为10 30nm，稀土金属氧化物纳米颗粒外表面~沉积BN或BC薄膜厚度为30 50nm。
3.根据权利要求1所述的一种硼基材料改性的稀土氧化物空间n‑γ混合场辐射屏蔽的复合涂层的制备方法，其特征在于，所述的步骤2中研磨处理时间为5 10min。
4.根据权利要求1所述的一种硼基材料改性的稀土氧化物空间n‑γ混合场辐射屏蔽的复合涂层的制备方法，其特征在于，所述的步骤2中复合粉体加入量为复合粉体和树脂总质量的10 80%。
5.根据权利要求1所述的一种硼基材料改性的稀土氧化物空间n‑γ混合场辐射屏蔽的复合涂层的制备方法，其特征在于，所述的步骤2中干燥处理温度为30 80℃。
6.根据权利要求1所述的一种硼基材料改性的稀土氧化物空间n‑γ混合场辐射屏蔽的复合涂层的制备方法，其特征在于，所述的步骤2中树脂为环氧树脂、氰酸酯或聚氨酯。
7.根据权利要求1所述的一种硼基材料改性的稀土氧化物空间n‑γ混合场辐射屏蔽的复合涂层的制备方法，其特征在于，所述的步骤2中浆料涂覆方式为喷涂法、旋涂法或刮涂法。
一种硼基材料改性的稀土氧化物空间n‑γ混合场辐射屏蔽的
复合涂层及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种硼基材料改性的稀土氧化物空间n‑γ混合场辐射屏蔽的复合涂层及其制备方法，属于功能材料制备技术领域。
背景技术
[0002] 传统的辐射屏蔽材料铅有毒、对环境污染严重，对X射线存在“弱吸收区”，对中子屏蔽性能差，且其质量大。稀土氧化物纳米颗粒具有优秀的x/γ射线屏蔽能力，此外，稀土元素核外电子结构特殊，具有特殊的K吸收边，恰好弥补了铅的＂弱吸收区＂。而且其对热中子的n、γ反应截面大，对慢中子和快中子也具有良好的屏蔽性能。且稀土元素具有高的原子序数，核外电子密度大，结构特殊，对电子辐射吸收具有独特优势，但是稀土氧化物纳米颗粒存在一定的二次放射性(与电子产生轫致辐射、与中子易产生次级γ辐射)，对中子辐射屏蔽能力不强，且易产生二次辐射。并且稀土氧化物纳米粒子比表面积大，具有高表面能，且浸润性能差，在树脂基体中，浸润性差等缺点，在与树脂基体混合时存在均匀性差，易团聚等问题。
发明内容
[0003] 本发明为了解决现有稀土金属氧化物纳米颗粒受到辐射会产生二次辐射，以及稀土金属氧化物纳米颗粒易团聚，在树脂中浸润性差，与树脂基底形成复合涂层材料时强度差，对中子辐射屏蔽性能差等问题，提供一种硼基材料改性的稀土氧化物空间n‑γ混合场辐射屏蔽的复合涂层及其制备方法。
[0004] 本发明的技术方案：
[0005] 一种硼基材料改性的稀土氧化物空间n‑γ混合场辐射屏蔽的复合涂层及其制备方法，该方法包括以下步骤：
[0006] 步骤1，制备核壳结构粉体；
[0007] 采用气相沉积法在稀土金属氧化物纳米颗粒外表面沉积BN或BC膜层，获得核壳结构粉体；
[0008] 步骤2，制备复合涂层；
[0009] 将步骤1获得的核壳结构粉体与树脂进行混合，并使用三辊研磨机进行研磨处理，研磨结束后，将获得到的浆料涂覆在被保护物表面，干燥处理后形成复合涂层。
[0010] 进一步限定，稀土金属氧化物为氧化钆、氧化铒中一种或两种按任意比例混合，稀土金属氧化物的平均粒径为10～30nm，稀土金属氧化物纳米颗粒外表面沉积BN或BC膜层厚度为30～50nm。
[0011] 进一步限定，步骤1中气相沉积的操作过程为：将稀土金属氧化物纳米颗粒在550～750℃条件下与反应气接触反应，反应时间为30～120min，在稀土金属氧化物纳米颗粒表面沉积包覆BN或BC薄膜；
[0012] 其中，反应气停留时间为0.15～0.35s，反应压力为3.5～5.5kpa，稀释气体为纯度为99.999％惰性气体或纯度为99.999％的氢气。
[0013] 进一步限定，反应气由BX3、N2、H2和NH3组成。
[0014] 更进一步限定，反应中各气体流量分别为：BX3为15v/ml·min‑1、N2为105v/ml·‑1 ‑1 ‑1 ‑1min 、H2为15v/ml·min 和NH3为65v/ml·min ，或者BX3为20v/ml·min 、N2为100v/ml·‑1 ‑1 ‑1 ‑1
min 、H2为20v/ml·min 和NH3为60v/ml·min ，或者BX3为25v/ml·min 、N2为95v/ml·‑1 ‑1 ‑1
min 、H2为25v/ml·min 和NH3为55v/ml·min 。
[0015] 更进一步限定，BX3为氯化硼、溴化硼或碘化硼。
[0016] 进一步限定，步骤2中研磨处理时间为5～10min。
[0017] 进一步限定，步骤2中复合粉体加入量为复合粉体和树脂总质量的10～80％。
[0018] 进一步限定，步骤2中干燥处理温度为30～80℃。
[0019] 进一步限定，步骤2中树脂为环氧树脂、氰酸酯、聚氨酯或高含氢聚乙烯。
[0020] 进一步限定，步骤2中浆料涂覆方式为喷涂法、旋涂法或刮涂法。
[0021] 本发明具有以下有益效果：本发明通过化学气相沉积法在稀土氧化物纳米颗粒外表面沉积一层致密且厚度可控的BN或BC薄膜，形成核壳结构粉体，再将核壳结构粉体与树脂基体复合，制备成防辐射涂层。具有以下优点：
[0022] (1)本发明在稀土氧化物纳米颗粒外表面沉积一层BN或BC薄膜，极大增强了稀土氧化物纳米粒子在树脂基体中的浸润性和分散均匀度，对树脂基体的强度起到增强作用；
[0023] (2)本发明制备的核壳结构复合颗粒在树脂基体中分散开后，会在微观结构上形成不同材料多层交替的结构，实现射线在材料中的交替穿透，使材料具备更好的X射线、γ射线和中子的屏蔽能力同时，有效屏蔽和减少二次粒子。
附图说明
[0024] 图1为氮化硼改性氧化钆复合涂层照片；
[0025] 图2为不同放大倍数的氮化硼改性氧化钆微观形貌图。
具体实施方式
[0026] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0027] 下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明均为常规方法。所用材料、试剂、方法和仪器，未经特殊说明，均为本领域常规材料、试剂、方法和仪器，本领域技术人员均可通过商业渠道获得。
[0028] 实施例1：
[0029] (A)将纳米氧化钆粉末用无水乙醇超声清洗干净后干燥。
[0030] (B)将步骤A处理好的纳米氧化钆粉末置于管式炉中，将管式炉抽至真空后加热至650℃，然后打开2个石英通气管，其中一路通入混合气BCl3、N2和H2，另一路通入NH3。通入气‑1 ‑1 ‑1
体的流量为QBCl3为20v/ml·min 、QNH3为60v/ml·min 、QN2为100v/ml·min 、QH2＝20v/‑1
ml·min ；
[0031] 维持系统压力为4.5Kpa，反应气体停留时间为0.25S，沉积时间为70min。
[0032] (C)改性完成的粉体材料与环氧树脂混合，其中粉体质量分数为50％，环氧树脂质量分数为50％。将混合后的粉体与树脂倒入三锟研磨机中，研磨搅拌10min。将搅拌均匀的浆液采用刮涂的方式刮涂在聚酰亚胺薄膜上。在真空干燥箱中以30℃干燥3h即可得到薄膜材料。
[0033] 对该薄膜材料进行性能测试，结果如下：
[0034] 利用241Am(60Kev)源照射复合涂层材料，照射时间为10s，得到如下数据。
[0035]
[0036] 通过测试数据可知，该实施例改性后的复合涂层线性衰减系数明显高于未改性的241
涂层材料，且改性后的复合涂层将 Am源能量衰减至原来的十分之一仅需0.365cm，可有效抵挡n‑γ混合场射线的辐照。
[0037] 实施例2：
[0038] (A)将纳米氧化钆粉末用无水乙醇超声清洗干净后干燥。
[0039] (B)将步骤A处理好的纳米氧化钆粉末置于管式炉中，将管式炉抽真空后加热至700℃，然后打开2个石英通气管，其中一路通入混合气BCl3、N2和H2，另一路通入NH3。通入气‑1 ‑1 ‑1
体的流量为QBX3为15v/ml·min 、QNH3为65v/ml·min 、QN2为105v/ml·min 、QH2为15v/‑1
ml·min ；
[0040] 维持系统压力为3.5Kpa，反应气体停留时间为0.2S，沉积时间为90min。
[0041] (C)改性完成的粉体材料与环氧树脂混合，其中粉体质量分数为50％，环氧树脂质量分数为50％。将混合后的粉体与树脂倒入三锟研磨机中，研磨搅拌10min。将搅拌均匀的浆液采用刮涂的方式刮涂在聚酰亚胺薄膜上。在真空干燥箱中以30℃干燥3h即可得到薄膜材料。
[0042] 对该复合涂层进行性能测试，结果如下：
[0043] 利用241Am(60Kev)源照射复合涂层材料，照射时间为10s，得到如下数据。
[0044]
[0045] 通过测试数据可知，该实施例改性后的复合涂层线性衰减系数明显高于未改性的241
涂层材料，且改性后的复合涂层将 Am源能量衰减至原来的十分之一仅需0.348cm，可有效抵挡n‑γ混合场射线的辐照。
[0046] 实施例3：
[0047] (A)将纳米氧化铒粉末用无水乙醇超声清洗干净后干燥。
[0048] (B)将步骤A处理好的纳米氧化钆粉末置于管式炉中，将管式炉抽真空后加热至650℃，然后打开2个石英通气管，其中一路通入混合气BCl3、N2、H2，另一路通入NH3。通入气‑1 ‑1 ‑1
体的流量为QBCl3为20v/ml·min 、QNH3为60v/ml·min 、QN2为100v/ml·min 、QH2为20v/‑1
ml·min ；
[0049] 维持系统压力为3.0Kpa，反应气体停留时间为0.35S，沉积时间为110min。
[0050] (C)改性完成的粉体材料与环氧树脂混合，其中粉体质量分数为50％，环氧树脂质量分数为50％。将混合后的粉体与树脂倒入三锟研磨机中，研磨搅拌10min。将搅拌均匀的浆液采用刮涂的方式刮涂在聚酰亚胺薄膜上。在真空干燥箱中以30℃干燥3h即可得到薄膜材料。
[0051] 对该复合涂层进行性能测试，结果如下：
[0052] 利用241Am(60Kev)源照射复合涂层材料，照射时间为10s，得到如下数据。
[0053]
[0054]
[0055] 通过测试数据可知，该实施例改性后的复合涂层线性衰减系数明显高于未改性的241
涂层材料，且改性后的复合涂层将 Am源能量衰减至原来的十分之一仅需0.227cm，可有效抵挡n‑γ混合场射线的辐照。
