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使用多组元蜡基粘结剂，通过粉末注射成形工艺，结合溶剂脱脂和热脱脂，成功烧结制备出壁厚为0.7 mm的近净尺寸环形Al_2O_3–B_4C薄壁管。结果表明，当石蜡占粘结剂质量分数45%时，喂料具有较低的黏度和较好的抗弯强度；当固相体积分数为58%时，喂料在保证低黏度的前提下具有良好性能。当烧结温度在1550℃至1650℃范围内时，芯块相对密度及抗弯强度随温度上升而增高；当烧结温度达到1650℃时，芯块的密度及强度有所下降，芯块密度随B4C粒度增大而增大，抗弯强度随粒度增大先增大后减小。

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粉末注射成形 环形薄壁芯块 碳化硼 氧化铝

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一种用于静态转换的紧凑型热管堆堆芯结构，堆芯由燃料区、保温层、固定式反射层、滑动反射层、安全棒、内壳体、应急余热排出通道以及外壳体组成；燃料区由基体、上轴向反射层、下轴向反射层及布置在其中的热管和燃料棒组成，热管采用方形栅阵排布，燃料棒绕热管呈四周环绕型布置；内壳体材料为不锈钢，外壳体由内外两层材料组成，内层材料为不锈钢，外层材料为碳化硼；本发明提出的堆芯设计方案用于静态转换系统中，具有无机械噪声、结构紧凑、安全性高、便于运输的特点，可用于深空深海探测、移动式电源、偏远地区的供电供热等领域。

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本发明公开了一种多孔碳化硅陶瓷及其制备方法，属于碳化硅陶瓷材料制备技术领域。其制备过程如下：1)以SiC粉、混合树脂溶液、碳化硼为原料，充分球磨混合均匀后制成生粉，经造粒、模压、冷等静压后制成生坯；2)将生坯在真空条件下以小于100℃/h的升温速度升至700～900℃，保温2～4h并随炉冷却，使其中的混合树脂充分碳化留下孔隙；3)在常压保护气氛下以200～300℃/h的升温速度升至2000～2200℃，随炉冷却后移至空气炉中在400～500℃下煅烧除去多余的碳，即得到该多孔碳化硅陶瓷。本发明制备过程中避免了液相的生成，晶界纯净，其不仅具有良好的常温力学性能，耐高温性能、抗热震性能也比较优异，大大提升高温条件下多孔陶瓷材料性能的稳定性。

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陶瓷基复合材料（CMC）已广泛应用于发动机热端部件。碳化硅纤维增强碳化硅（SiCf/SiC）在发动机高温水汽的服役环境下，容易反应生成挥发性物质而遭到破坏。环境障涂层（EBCs）是指在发动机环境下使用的CMC表面的防护涂层，用于减小环境对CMC的破坏。等离子喷涂（APS）制备的EBCs能够一定程度保护CMC，但涂层内部的孔隙和裂纹影响了涂层性能的进一步提高。因此，如何设计高致密度的EBCs是该领域的难点之一，也是本课题的目标。 本课题以APS制备EBCs，Si作为粘结层，莫来石（Mullite）作为中间层，Yb2SiO5（YbMS）作为表层，并从制备工艺和后处理工艺两方面研究如何提升EBCs的致密度。首先探究了SiC基体粗糙度对层基结合强度的影响。制备工艺方面，研究了喷涂功率对硅层和喷涂距离对三层致密度的影响规律，并且以硅层为例，阐明了喷涂角度对其致密度的影响以及喷涂角度和喷涂距离双因素补偿机制。结果表明，碳化硼喷砂处理能够有效粗化SiC基体表面，合理的粗化有助于增大SiC基体和Si粘结层结合强度。硅涂层的最优喷涂功率约为30 kW；Si层最优喷涂距离为80或100 mm，Mullite层和YbMS层为80 mm；Si涂层在较大喷涂角度下的沉积效率明显高于较小喷涂角度。 YbMS表层的成分控制及致密度提升对于EBCs整体性能的优化至关重要。针对YbMS涂层的偏析现象，课题从多方面探究其影响规律，基于此选择喷涂功率为36 kW，喷涂距离为80 mm以及烧结处理后的粉末制备YbMS涂层。研究了基体预热温度对YbMS层致密度的影响。实验表明，随着基体预热温度升高，YbMS涂层的纵向裂纹减少，层间结合率提高，孔隙率降低，力学性能提升。 后处理致密化工艺方面，选取了不同的热处理工艺对YbMS涂层进行烧结处理，并通过准原位观察的方法表征孔隙的愈合状态。结果表明，提升烧结温度和延长烧结时间对于层内裂纹及层间二维孔隙的愈合作用明显，对于三维球形孔隙的愈合无明显作用。1450℃保温50 h后，层内裂纹和层间二维孔隙几乎消失；1450℃是YbMS涂层较为合适的烧结温度。随着热处理温度的上升，涂层孔隙率降低，力学性能提升。

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后处理工艺 环境障涂层 制备工艺 致密度

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陶瓷材料因其高硬度、低密度、高强度、高熔点以及良好的化学稳定性等特点广泛应用于机械、化工、航空航天等工业领域，在很多场合下可与铸铁材料构成摩擦副，如汽车发动机中的活塞环-气缸盖摩擦副以及凸轮-挺杆摩擦副等。碳化硼陶瓷（B4C）是一种重要的工程陶瓷材料，与常用的氧化铝、氮化硅、碳化硅等工程陶瓷材料相比，其具有更高的硬度、更低的密度以及优秀的中子吸收能力等优势，是一种具有广阔应用前景的材料。然而相关研究表明B4C陶瓷在与金属、陶瓷材料配副的摩擦学性能较差，这限制了其在工程耐磨领域的应用。向陶瓷基体中引入固体润滑剂通过粉末冶金的方式构成自润滑的复合陶瓷材料可有效改善其摩擦学性能，其中，六方氮化硼（hBN）固体润滑剂具有与多种陶瓷材料相近的热膨胀系数，已被成功引入Si3N4、SiC等陶瓷材料并有效改善了这些材料的摩擦学性能。因此，研究hBN对B4C基复相陶瓷摩擦学性能的影响具有重要的工程意义。课题组前期已就B4C/hBN复相陶瓷与纯B4C陶瓷、与奥氏体不锈钢以及与GGr15轴承钢配副的摩擦学性能进行了研究，阐明了在不同摩擦条件下hBN对各配副摩擦学性能的影响。然而对于B4C/hBN与铸铁材料配副时的摩擦学性能研究尚属空白。本文向B4C陶瓷中引入hBN，通过热压烧结的方法制备B4C/hBN复相陶瓷，其中hBN的质量分数分别为0%、10%、20%和30%，将B4C/hBN复相陶瓷与铸铁试样配副进行了摩擦磨损试验，系统研究不同摩擦条件下摩擦副的摩擦学性能，通过对摩擦表面化学润滑膜的形成机理的分析，阐明了hBN在摩擦过程中的减摩机制。研究获得的主要结论如下： （1）在空气润滑条件下，B4C/hBN复相陶瓷与不同基体的灰铸铁配副时，纯B4C陶瓷和含hBN质量分数为10%的B4C/hBN复相陶瓷与铁素体、珠光体以及马氏体基体灰铸铁配副时的磨损机制均以黏着磨损为主，借助分形理论以及微凸体摩擦理论建立了黏着磨损的模型，得出纯B4C陶瓷和含hBN质量分数为10%的B4C/hBN复相陶瓷与不同基体灰铸铁配副时的摩擦因数与铸铁试样的屈服强度和硬度的比值成正比，铸铁材料的磨损率与其硬度成反比；当hBN质量分数高于10%时，与铁素体基体铸铁配副的磨损机制转为化学磨损，摩擦因数降低至0.19-0.21，而与珠光体、马氏体基体铸铁配副的磨损机制转为磨粒磨损，摩擦因数升至0.6以上。 （2）在空气润滑条件下，hBN质量分数为20%和30%的B4C/hBN复相陶瓷与铁素体基体灰铸铁配副时，复相陶瓷销摩擦表面可形成主要由Fe2O3、Fe3O4、B2O3以及hBN构成的连续、平整的表面膜，该表面膜可在摩擦过程中起到润滑作用；试验载荷对于表面膜具有较大影响，当载荷为7.5N时，销表面膜部分剥落，摩擦副的摩擦因数上升至0.3，而当载荷为10N时，表面膜被完全破坏，破碎的表面膜在摩擦过程中充当磨粒，磨损机制转为磨粒磨损，此时的摩擦因数已高于0.6。 （3）采用乳化液充当润滑剂进行摩擦试验时，乳化液的加入方式对B4C/hBN复相陶瓷与铁素体基体灰铸铁配副具有较大影响。当采用浸入法乳化液润滑时，纯B4C陶瓷与铸铁的配副表现出最优的摩擦学性能，在摩擦过程中摩擦副表面逐渐被乳化液中的油膜隔开，达到流体润滑，摩擦因数为0.04。而当加入了hBN后，B4C/hBN复相陶瓷销表面的hBN与水反应生成硼酸（H3BO3），而生成的H3BO3由于乳化液的流动被冲离摩擦表面形成剥落坑，此时的摩擦副表面无法被油膜隔开，摩擦因数为0.1。当采用滴定法乳化液润滑时，由于乳化液的量不足以将复相陶瓷销表面的H3BO3冲走，复相陶瓷表面形成包含H3BO3以及油分子的润滑膜，摩擦因数显著降低，当hBN质量分数为30%时，摩擦副的摩擦因数降低至0.005。

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六方氮化硼 碳化硼 铸铁 自润滑复相陶瓷

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碳化硅陶瓷材料在耐高温、抗耐磨损等领域具有非常好的应用前景，针对碳化硅制备及性能研究的热度持续不减。反应结合工艺是制备碳化硅陶瓷材料的重要技术，具有烧结温度低、近净尺寸成型、工艺简单、成本低、易于工业化生产等特点，但是高的游离硅含量（约17 vol.%）致使材料使用温度和范围受到限制。本文以优化工艺、提高材料性能、扩展其应用范围为目标，通过调整原料体系及制备工艺，制备反应结合碳化硅、碳化硅-碳化硼复相陶瓷以及碳化硅泡沫陶瓷材料并降低材料中游离硅含量等，并对原料组分、制备工艺等因素对反应结合碳化物陶瓷材料的物相、组织、性能的影响以及反应机理进行了系统地研究。 系统分析了多项工艺参数对生坯以及烧结体性能的影响，以确定基本的生坯制备和烧结工艺。对本研究而言，使用适宜的粘结剂（残碳量高的醇溶性酚醛树脂）和混料方式（湿法混合）可改善粉体均匀性。适宜的树脂含量（12 wt.%）和成型压力（80 MPa）可适当改善坯体及烧结体密度。适宜的烧结温度（1600°C）有利于液硅浸渗。 研究硅源纯度对材料显微组织、力学性能和物理性能的影响规律，分析影响反应结合碳化硅换热材料热导率的主要因素。研究表明：密度是影响材料热导率的主要因素，烧结体密度越高（即游离硅相对含量越低），热导率越大。分别采用工业硅和高纯硅为熔渗剂时，即使烧结体密度相同，但材料性能存在差异。对于工业硅，杂质元素在液硅中提供异质形核点，诱发形成的弥散分布亚微米碳化硅分割了游离硅，可改善材料强度；对于高纯硅，材料中影响声子散射的相界面数量较少，声子平均自由程较大，有利于提高材料的热导率。 降低反应结合碳化硅中游离硅的相对含量有利于提高材料的导热性能和力学性能。设计并研究了使用不同反应活性的碳源，通过低温渗硅直接反应和高温热处理扩散反应的分步烧结，制备低游离硅含量碳化硅材料的新工艺。对碳与液硅反应活性的影响因素以及原料配比、成形圧力、浸渗温度等工艺参数对生坯、渗硅烧结体、热处理烧结体组织和性能的影响进行了初步研究。在C-Si原位反应的研究中发现，粒径小、石墨化程度低、结构缺陷多的碳源反应活性高。选择活性有差异的纳米炭黑和石油焦作原料，通过调整配比可以有效地将烧结体中的残硅降低到1 vol.%。随着原料中石油焦和纳米炭黑的碳量比增加，渗硅烧结体的密度和抗弯强度降低，热处理烧结体的密度虽然也降低，但材料的抗弯强度主要受组织中残碳和反应新生成的气孔的影响。 以碳化硼为添加相，利用其可与液硅发生反应生成新相，是降低反应结合碳化硅中游离硅含量的重要方法之一。通过引入碳化硼，使用反应烧结工艺制备碳化硅-碳化硼复相陶瓷材料，研究碳化硼和粘结剂含量对复相陶瓷材料物相、组织、性能的影响，分析了碳化硼与液硅的反应过程和机理。研究表明，对于碳化硅基复合材料，随着碳化硼含量的升高，密度降低，硬度升高，抗弯强度呈现先升高后降低的趋势。对于初始颗粒为碳化硼制备的复合材料，随酚醛树脂含量的增加，由于生成碳化硅含量的增加复合材料的密度逐渐升高，抗弯强度呈先升高后降低的趋势。高温下碳化硼与液硅反应时存在碳化硼在液相中溶解沉淀和Si原子置换硼碳二元化合物中B原子的共同作用。反应放热引起微小的次生碳化硅在液硅中重新溶解-析出再结晶，是组织中碳化硅颗粒的异常长大原因。 作为多孔陶瓷材料中的典型代表，碳化硅泡沫陶瓷材料在强制对流换热领域也有很好的应用前景。以3.5 μm碳化硅粉为填充料，利用酚醛树脂的可发泡特性，以不同升温速率在80°C下发泡制备碳化硅颗粒填充的酚醛泡沫，继而在1000°C下对泡沫热裂解得到含碳多孔泡沫预制体，最终在1600°C的浸渗反应烧结制备碳化硅基泡沫陶瓷。对发泡升温速度对树脂的发泡行为以及材料显微结构和性能的影响进行研究。当发泡升温速率为6°C·min-1时，可制备出密度0.856 g·cm-3，气孔率71.93%，抗压强度8.61 MPa，平均孔径尺寸为0.508 mm，主要物相为α-SiC、β-SiC和Si，具有开孔结构的碳化硅基泡沫陶瓷。通过调整树脂固化与发泡剂汽化速度控制并泡，获得了不同多孔结构酚醛泡沫坯体。反应烧结后所得碳化硅基泡沫陶瓷继承了预制体的多孔结构。致密孔筋结构中的游离硅对碳化硅泡沫的抗压强度极为有利。本研究扩展了反应结合工艺的应用。

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反应结合 复合材料 泡沫陶瓷 碳化硅 碳化硼

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碳化硼（B4C）是一种性能优良的陶瓷材料，它具有高硬度、高强度、低密度、优异的化学稳定性及良好的高温稳定性等特点，在航天航空、军工防护及核能领域有着不可替代的应用。然而，它的摩擦学性能不好，这制约了其在耐磨工程领域的应用。在碳化硼基体中添加固体润滑剂六方氮化硼（hBN）是改善其摩擦学性能的有效途径。本文将hBN引入到B4C陶瓷基体中，通过热压烧结制备了B4C/hBN复相陶瓷，其中hBN的含量分别为0、10、20和30wt.%，借助MMW立式万能摩擦磨损试验机，系统研究了不同摩擦条件下B4C/hBN复相陶瓷与铸铁（HT）配副的摩擦学性能，利用扫描电子显微镜（SEM）和激光扫描显微镜（LSM）观察了摩擦表面和磨屑的形貌特征，利用X射线衍射（XRD）、X光电子能谱（XPS）、拉曼光谱（Raman）等分析手段表征摩擦表面的物质组成，重点研究了复相陶瓷中hBN的减摩机制。试验结果表明： 浸入法乳化液润滑条件下，BN00陶瓷的机械性能较好，摩擦表面剥落较少，HT-BN00配副达到流体润滑条件，摩擦因数和总磨损率较低；随着hBN质量分数的增加，复相陶瓷的机械性能逐渐下降，hBN与乳化液中的水分子发生水解反应，表面剥落增多，剥落产物被乳化液带走，一部分产物被压入铸铁表面，构成浆料磨损，摩擦y因数和总磨损率升高。 滴定法乳化液润滑条件下，HT-BN00配副由于摩擦过程中无摩擦化学反应发生，且乳化液的数量较少，只能达到边界润滑条件，摩擦因数和总磨损率较高；加入hBN后，摩擦过程中hBN发生水解反应生成的B2O3和H3BO3等产物不会被乳化液带走而在销摩擦表面形成一层摩擦化学膜，与铸铁表面的油膜、复相陶瓷表面的少量油膜一起构成润滑层，磨损机制向化学磨损转变，且随着hBN质量分数的增加，润滑层越完整，摩擦因数和总磨损率逐渐下降。 不同基体铸铁干摩擦条件下，当铸铁基体为铁素体时，随着hBN加入量的增加，表面形成具有一定润滑作用的润滑膜，使得摩擦因数降低。当铸铁基体为珠光体(PHT)时，BN20销表面可形成氧化膜起到润滑作用，而对于PHT-BN30配副，表面膜大量脱落形成磨粒，构成磨料磨损。当铸铁基体为马氏(MHT)体时摩擦因数和盘、销总磨损率均较高，当MHT与hBN含量为20%、30%的复相陶瓷配副时，复相陶瓷表面膜层大量脱落，构成磨料磨损。

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六方氮化硼 乳化液润滑 石墨铸铁 碳化硼

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反应烧结法制备的碳化硅陶瓷相比于其他常规方法具有烧结温度低、烧结时间短、烧结致密度高、近尺寸成型、成本低廉等特点，因此在轻质装甲、航空航天等领域应用潜力巨大。同时，由于反应烧结过程中渗硅通道易堵塞，陶瓷组相中残硅体积分数高（超过16%）并存在“硅岛”形态等问题，致使制备的碳化硅陶瓷组织不均、稳定性差，力学性能难以提高。本文通过分别添加减缓碳硅反应的“缓释”碳源和不同颗粒尺寸配比B4C以搭建“新型”渗硅通道等方法，制备了反应烧结碳化硼/碳化硅（B4C/SiC）复相陶瓷材料，并对其制备工艺、组相优化对复相陶瓷力学性能的影响以及反应烧结机理、增强机理进行了系统研究。 针对反应烧结碳化硅陶瓷体积密度难以控制、残硅量高等问题，系统分析了反应烧结碳化硅陶瓷的反应机理以及性能影响因素。同时，设计了陶瓷粉体先湿混、后干混的两步混法工艺，确保混合粉体分散均匀、流动性良好。研究表明，以纳米炭黑为碳源的反应烧结主要机理是以溶解-沉淀为主。生坯中碳密度是烧结体体积密度和残硅量的重要影响因素，通过调整成型压强并确定以纳米炭黑为碳源的生坯碳密度最高为0.84g•cm-3，可控制陶瓷烧结体体积密度为3.10g•cm-3，且残硅量降低明显（12.5vol.%），抗弯强度为335MPa。通过高温表面渗碳进一步消除了SiC烧结体表面残硅，厚度约为20μm的表面层无残硅，陶瓷表面硬度提高约20.4%。 B4C会与液硅反应生成β-SiC以及B4C表层的B12(C,Si,B)3，次生β-SiC不会在B12(C,Si,B)3表面生长的特性减缓了次生SiC的生成，可有效改善渗硅通道的堵塞。添加不同质量分数B4C(5~25wt.%,粒径为1.5μm)作为增强颗粒制备的反应烧结B4C/SiC复相陶瓷研究表明：小颗粒的B4C不仅有效地填充了原SiC颗粒间隙导致了残硅量降低，而且降低了组织平均晶粒度。当B4C添加量为15wt.%时，复相陶瓷的体积密度为2.99g•cm-3，抗弯强度达到391MPa，组织中残硅体积分数为10.3%。 选择与纳米炭黑相比活性较低的短碳纤维作为“缓释”碳源，不仅减缓渗硅通道堵塞时间，而且其搭建的自贯穿的多孔结构有助于液硅的渗入。添加不同体积分数短碳纤维(10~50vol.%)反应烧结制备了B4C/SiC复相陶瓷，反应烧结过程中碳纤维与硅因渗硅通畅完全反应生成次生SiC，部分被细小B4C颗粒包覆的碳纤维被液硅逐渐替代，形成了纤维状残硅，改善了残硅“硅岛”形态，有利于提高复相陶瓷力学性能。同时，加入适量的纳米炭黑可填充生坯孔隙，降低B4C/SiC复相陶瓷残硅量，提高B4C粒径也有利渗硅充分，防止“烧不透”现象。当添加纳米炭黑质量分数为5%、碳纤维体积分数为30%以及B4C粒径为14μm时，因纳米炭黑作为补充碳源，提高了生坯碳密度，复相陶瓷组织中残硅体积分数降低为4.9%，部分“硅岛”形态消失，抗弯强度为482MPa。 为进一步提高反应烧结B4C/SiC复相陶瓷的强度，以填充生坯孔隙性能良好的纳米炭黑作为碳源，利用次生β-SiC不会在B12(C,Si,B)3表面生长的特性，设计3种不同粒径的B4C颗粒配比，以搭建一定宽度的“新型”渗硅通道，防止次生SiC在该“新型”渗硅通道内壁依附、快速长大，确保高含量炭黑渗硅反应充分从而生成的次生SiC增多，有效地填充了生坯中的大多数孔洞，促使残硅量降低。同时，降温过程中B4C颗粒间析出了大量的纳米级SiC，这些次生的纳米级SiC将残硅相分割成纳米尺寸，进一步改善了残硅形态。当添加纳米炭黑为25wt.%，B4C为45wt.%且颗粒质量配比为：14μm:7μm:1.5μm=5:3:2时，制备的B4C/SiC复相陶瓷抗弯强度最高为526MPa，最终残硅体积分数降为4.0%，且“硅岛”形态完全消失。

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反应机理 反应烧结 力学性能 碳化硅 碳化硼

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一种低残硅尺寸和含量的反应烧结碳化硅陶瓷的制备方法，以短碳纤维作为一种缓释碳源，添加碳化硼粉末促进素坯渗硅充分。通过添加质量分数68.2～33.2％的碳化硅粉末，6.8～41.8％的短碳纤维，15％的碳化硼粉末和10％的酚醛树脂为原料，依次进行纤维预处理，分级混料，双向加压压制成型，烘干固化，反应烧结；该方法工艺简便，通过特殊的碳源选择和一定的原料成分配比制备出残硅相尺寸小、含量低的高力学性能的反应烧结碳化硅复合陶瓷。

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为确保核技术应用装置高效能地利用射线源，通过设计功能性射线通道对射线进行调制（即吸收与散射）、准直和编码，获得适合不同用途有不同输出参数的射线束，是最为科学和有针对性的技术途径。因此本论文提出了功能性射线通道设计思想，采用遗传算法结合MCNP软件建立了射线通道设计方法，该方法在加速器中子源RANS上得到了应用和实验验证；然后将该方法拓展应用到中子、γ射线混合辐射场的剂量通道设计并进行了实验验证；随后根据射线通道设计方法设计的材料样本开展了适用于射线通道建造的聚合物基核屏蔽材料制备及改性研究，并完成了性能考核；为确保论文中开展的验证试验和屏蔽性能考核实验结果的准确性，从而能够对论文中提出的思想、建立的方法和材料制备工艺进行有效的验证，采用恰当的模拟方法结合实验手段开展了探测器工作的线性区和非线性区的研究，具体工作内容如下： 1）提出功能性射线通道设计物理构想，根据射线与物质相互作用过程，分析射线能量和强度等参数与材料的组分、结构和密度参数之间的关系，选取MCNP软件和遗传算法建立射线通道设计方法，该方法通过对材料组分和结构进行优化设计来获取所需参数的射线。这些参数包括射线的能量、剂量、能量沉积和空间位置等，本论文中根据获取所需射线参数的不同将其划分为射线能量通道、射线剂量通道、射线能量沉积通道和射线空间通道。 2）采用能量通道设计方法对加速器中子源RANS的靶后慢化剂材料进行组分和结构优化设计研究，设计目标为获取更多的0.01eV到1.0eV中子。具体如下：采用MCNP软件、GEANT4软件和PHITS软件对加速器中子源进行建模计算，以质子轰击铍靶产生的中子能谱为源对靶后的慢化剂材料进行优化设计，包括单层聚乙烯厚度优化设计，三层聚乙烯、五层聚乙烯半径和厚度一体化设计和聚乙烯基复合材料组分优化设计。结果表明：经过设计的三层聚乙烯和五层聚乙烯获取的0.01eV到1.0eV中子总计数分别比单层聚乙烯高18.6%和26.2%，经过组分优化设计的聚乙烯基复合材料获取的中子数比聚乙烯材料多出7.7%的0.01eV到1.00eV中子，同时减少了31.8%的γ射线。能量通道设计方法的验证实验在RANS上展开，结果表明：经过厚度设计的聚乙烯材料同比于未经设计的聚乙烯材料可获取更多的0.01eV到1.0eV中子。获取的0.01eV到1.0eV中子源在后面研发的聚合物基材料屏蔽性能考核实验中得到了应用。 3）采用剂量通道设计方法，对由聚乙烯、碳化硼和铅组成的三层复合材料进行组分结构一体化优化设计研究，设计目标为单次裂变产生的中子和γ射线穿过三层材料后剂量值为0.2×10-13Sv，0.5×10-13Sv，0.8×10-13Sv，1.1×10-13Sv，1.4×10-13Sv，1.7×10-13Sv， 2.0×10-13Sv。屏蔽设计是剂量通道设计中的最常见的一种特例，即要求中子和γ射线穿过屏蔽体后产生的剂量最小。本论文中对常用的屏蔽体组合方式进行优化设计，使各个组合都在达到最优屏蔽效果情况下进行对比，然后分析不同组合屏蔽方式的优劣。剂量通道设计方法验证实验在RANS上展开，采用距离靶484cm处的中子和γ射线能谱，以穿过屏蔽体后的中子和γ射线总计数最小为目标，对聚乙烯+铅、含硼聚乙烯+铅组合进行组分和结构优化设计，然后对多组聚乙烯+铅、含硼聚乙烯+铅组合包括经过优化设计的组合进行中子和γ射线总计数的实验测量和模拟计算。结果表明：经过优化设计的组合同比于其它组合可以屏蔽掉更多的中子和γ射线。 4）射线通道的构建离不开材料，本论文以加速器中子源RANS屏蔽需求为背景，开展聚合物基屏蔽材料设计、制备、改性及性能考核研究。具体为：根据加速器中子源石墨反射层表面的中子和γ射线混合辐射场能谱，采用剂量通道设计方法对聚合物基屏蔽材料进行组分优化设计，根据设计样本对以环氧树脂为基体、聚酰胺为固化剂、铅粉和碳化硼粉为增强相粒子和氧化石墨烯为改性材料的聚合物基屏蔽材料制备工艺研究。采用差示扫描量热仪（DSC）对改性前后的聚合物基屏蔽材料的玻璃化温度进行测量，改性后材料玻璃化温度提升10℃左右。采用热重分析仪（TG）对改性前后的聚合物基屏蔽材料热稳定效果进行测量，改性后材料的热稳定性效果有明显提升，并且可有效抑制材料在较高温度下气体的挥发。 5）材料的屏蔽性能考核实验是对射线通道构建思想、射线通道设计方法、和聚合物基材料制备工艺的验证，其准确性很重要。为确保开展的实验中探测器均恰好避开非线性区而工作于线性区又不致由于信号输出过小产生大的统计起伏，本论文采用了模拟手段和实验方法相结合来开展探测器死时间的研究。具体为：分别在质子电流为13.5μA和35.5μA情况下开展不同厚度铅材料的中子和γ射线衰减实验，通过对结果进行拟合、对比和分析确定探测器恰好避开非线性区工作在线性区的最大质子束流。然后开展材料的屏蔽考核实验，将不同材料组成靶站的屏蔽体，聚合物基材料减少的重量相对于BPE+Pb和PE+Pb组合分别减少41.5%和 40.0%，体积相对减少减少33.3% 。 本研究建立的射线通道设计方法，可广泛应用于各类核技术应用装置的材料组分和结构预先优化设计，在获取所需射线的同时尽可能降低其它射线，这有利于装置性能最大化、服役安全化和功能多样化，所建立的材料制备工艺方法可根据射线通道建造需求制备材料样品，制备出的材料样品可做为多种核技术应用装置的构建材料。

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功能性射线通道 加速器中子源 聚合物基核屏蔽材料 优化设计 组分和结构

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