【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于透明陶瓷特种材料，具体涉及一种耐辐照锆酸镧钆透明陶瓷辐射屏蔽材料及制备方法与应用。
技术介绍
1、在当今社会，核能、医疗、工业等领域的迅速发展和扩展，为人类带来了巨大的科技和经济进步。然而，与此同时，与辐射相关的风险也日益凸显，这使得辐射防护材料的需求变得极为重要。辐射不仅会对人体健康造成威胁，还可能对设备、环境和生态系统造成长期不可逆的影响。
2、传统的辐射屏蔽材料，如铅和混凝土，虽然在一定程度上具备辐射防护能力，但也存在着诸多缺点。首先，这些材料通常密度较高，导致为达到相同的辐射能量屏蔽效果，往往需要增加厚度，从而增加了设备的体积和重量，限制了其应用范围。其次，一些传统材料在屏蔽辐射的同时会降低光线的透过能力，影响可视性，在许多应用中是不可接受的。此外，一些传统材料可能会受腐蚀或热衰减等因素的影响，降低了材料的耐用性。因此，如何开发具有较高透明度的耐辐照材料成为了一种需求。
3、由于玻璃具有均匀性良好、光学性能优越和易于制造等特点，成为目前辐射屏蔽窗口的主要材料体系。为增强玻璃的辐射屏蔽性能，研究人员通过在玻璃配方中添加高原子序数元素(如铅、铋等)来实现对γ射线的阻挡和吸收，以及添加高中子吸收截面元素(如钆、硼等)来慢化和吸收中子，从而实现辐射屏蔽。
4、例如，在核反应堆和放射医疗领域，通常将氧化铅与常见玻璃基体结合制成铅玻璃，作为γ射线屏蔽窗口材料。铅玻璃具有出色的辐射屏蔽性能，并且在辐照环境下其机械和光学性能变化较小，因此广泛应用于核试验系统、核设施、医院和实验室等场所的
5、因此，目前的玻璃辐射屏蔽材料往往存在光学透过率不高，一般不超过50％，且机械性能较低，容易破碎和折损，另外其耐热性也较差的问题。
6、透明陶瓷是一种利用陶瓷材料的光学特性的新型材料，除了具备传统陶瓷的耐腐蚀、耐高温、良好电绝缘等特点外，还具备玻璃的光学性能。与单晶材料相比，透明陶瓷具有制造成本低、易于大规模生产的优势，可以制作出尺寸较大、形状复杂的制品。与玻璃相比，透明陶瓷具有更高的强度和硬度，更大的光学透过范围，更好的导热性能以及更好的耐腐蚀性，还可以实现高浓度均匀掺杂活性离子。因此，透明陶瓷被广泛用于防护窗口、红外探测窗口、高能激光系统、光学仪器、军事透明装甲等领域。
7、然而，现有的耐辐照陶瓷材料一方面在透过率上往往较低，无法进行提升，特别是在高辐照环境中，材料的透过率损失往往较大；另一方面，在制备耐辐照陶瓷时往往需要加入烧结助剂，才能很好降低烧结温度。在没有助剂的添加下，陶瓷的烧结温度往往较高，达到2000℃以上。因此，其制备工艺亟待得到改进。
8、例如，专利文献cn 115304378 a公开了一种耐辐照高熵碳化物陶瓷的制备方法，其是解决现有耐辐照陶瓷存在元素偏析、致密低，以及耐辐照性能较弱的问题，然而该耐辐照陶瓷的烧结温度需要2000℃-2150℃，而且烧结压力需要达到30mpa，导致烧结成本过高；另外，该耐辐照陶瓷并非是透明陶瓷，因而其在高辐照条件下也无法维持陶瓷的高透过率。
9、另外，专利文献cn 113372099 a提供了一种耐高温耐辐照压电陶瓷及其制备方法，该方法只需将素胚在1150℃保温2h烧结成瓷，即可制备得到耐高温耐辐照的压电陶瓷，然而该陶瓷并非是透明陶瓷，由于其烧结温度过低，无法实现陶瓷的透明度。另外，该陶瓷制备工艺中需要两次球磨工艺，球磨的成本较高。
10、因此，如何提供一种透明度高、耐辐照性能好和耐用性好，且烧结温度较低、成本低的耐辐照高透明陶瓷材料，以及如何能够保证透明陶瓷材料在高辐照环境下的透过率，成为亟待解决的技术问题。
技术实现思路
1、本专利技术就是为了解决上述技术问题，从而提供一种耐辐照锆酸镧钆透明陶瓷辐射屏蔽材料及制备方法与应用。本专利技术的技术目的在于：提供一种耐辐照性能和耐高温性能好，且透过率高、烧结温度低，无需添加任何烧结助剂的一种耐辐照透明陶瓷辐射屏蔽材料的制备方法，能够在高辐照条件下很好保持透明陶瓷的高透过率。
2、为了实现上述技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：
3、本专利技术首先提供了一种耐辐照锆酸镧钆透明陶瓷辐射屏蔽材料的制备方法，包括以下步骤：
4、(1)粉体制备：将氧化钆、氧化镧和氧化锆粉末按元素摩尔比例混合均匀，并以乙醇和氧化锆磨球为介质进行球磨，干燥后煅烧、过筛，获得前驱粉体；
5、(2)素坯成型：在室内干燥环境中将上述前驱粉体经过干法压制成型，制成不同形状和尺寸的陶瓷素坯；
6、(3)素坯强化：将素坯置于冷等静压机中，并在300mpa压力下保持10分钟，获得致密素坯；
7、(4)陶瓷烧结：将致密素坯置于10-2pa～10-4pa真空环境中，在1850℃烧结8～12h，得到纯相陶瓷；
8、(5)陶瓷后加工：将纯相陶瓷进行空气退火处理后，进行切削、研磨和抛光，即得。
9、本专利技术提供的上述制备方法，很好制备得到了一种透过率高且耐辐照性能好的锆酸镧钆透明陶瓷材料。该锆酸镧钆透明陶瓷材料具备卓越的辐射屏蔽性能，可以有效吸收和阻挡多种类型的辐射，包括电离辐射和中子辐射。同时，在可见光范围内，本专利技术获得的锆酸镧钆透明陶瓷具有良好的透明性，使其在需要同时满足辐射防护和可视性要求的应用中表现出色。更重要的是，本专利技术的锆酸镧钆透明陶瓷在高辐照条件下，仍然能够很好维持材料的高透过率。
10、本专利技术制备得到的耐辐照锆酸镧钆透明陶瓷材料在作为辐射屏蔽材料时具有以下优点：
11、(1)高辐射屏蔽性能：本专利技术制备的锆酸镧钆透明陶瓷能够有效吸收和阻挡多种电离辐射，x射线、γ射线和中子。其中每毫米厚的锆酸镧钆透明陶瓷对于x射线和γ射线的铅当量不低于0.4mmpb，从而降低环境中的辐射水平；
12、(2)高透明性：与传统的辐射屏蔽材料相比，本专利技术制备的锆酸镧钆透明陶瓷在保持高屏蔽性能的同时，具备较好的透明度(在400～800nm可见光波段大于70％)，使其在需要可视性的应用中更具优势；
13、(3)高耐用性：本专利技术制备的锆酸镧钆透明陶瓷材料具备出色的耐辐照性，经过大剂量高能γ射线辐照后仍能维持65％以上的透明度。同时，锆酸镧钆透明陶瓷材料具备出色的耐热性和耐腐蚀性，能够在恶劣环境中长时间稳定使用。
14、(4)可加工性：该材料可以通过成型、烧结等工艺进行加工，以适应不同形状和尺寸的需求。
15、进一步的是，所述步骤(1)中的元素摩尔比按照镧、钆和锆的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种耐辐照锆酸镧钆透明陶瓷辐射屏蔽材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的耐辐照锆酸镧钆透明陶瓷辐射屏蔽材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的元素摩尔比按照镧、钆和锆的比例为x:(2-x):2，其中0.8<x<1.6。
3.根据权利要求1所述的耐辐照锆酸镧钆透明陶瓷辐射屏蔽材料的制备方法，其特征在于，所述氧化锆磨球的尺寸为2mm。
4.根据权利要求1所述的耐辐照锆酸镧钆透明陶瓷辐射屏蔽材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中球磨的时间为24h以上。
5.根据权利要求1所述的耐辐照锆酸镧钆透明陶瓷辐射屏蔽材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中煅烧的温度为800～1200℃，煅烧时间为2～4h。
6.根据权利要求1所述的耐辐照锆酸镧钆透明陶瓷辐射屏蔽材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中获得的前驱粉体的平均颗粒尺寸为100nm～200nm。
7.根据权利要求1所述的耐辐照锆酸镧钆透明陶瓷辐射屏蔽材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中干燥环境
8.根据权利要求1所述的耐辐照锆酸镧钆透明陶瓷辐射屏蔽材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中退火处理的温度为1000～1400℃。
9.由权利要求1-8任一项所述方法制备得到的耐辐照锆酸镧钆透明陶瓷辐射屏蔽材料。
10.如权利要求9所述的耐辐照锆酸镧钆透明陶瓷辐射屏蔽材料的应用，其特征在于，是将该耐辐照锆酸镧钆透明陶瓷辐射屏蔽材料应用于包括以下任意领域：应用于辐射屏蔽材料和保护核反应堆、核设施的材料；应用于X射线室、放射治疗设备；应用于辐射探测、射线检测的设备；应用于航天器的辐射屏蔽材料；应用于核材料的运输容器。
...【技术特征摘要】
1.一种耐辐照锆酸镧钆透明陶瓷辐射屏蔽材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的耐辐照锆酸镧钆透明陶瓷辐射屏蔽材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的元素摩尔比按照镧、钆和锆的比例为x:(2-x):2，其中0.8<x<1.6。
3.根据权利要求1所述的耐辐照锆酸镧钆透明陶瓷辐射屏蔽材料的制备方法，其特征在于，所述氧化锆磨球的尺寸为2mm。
4.根据权利要求1所述的耐辐照锆酸镧钆透明陶瓷辐射屏蔽材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中球磨的时间为24h以上。
5.根据权利要求1所述的耐辐照锆酸镧钆透明陶瓷辐射屏蔽材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中煅烧的温度为800～1200℃，煅烧时间为2～4h。
6.根据权利要求1所述的耐辐照锆酸镧钆透明陶瓷辐射屏蔽材料的制备方法，其特征在...
【专利技术属性】
技术研发人员：卢铁城，梁乐行，齐建起，王秀玲，卢开雷，张聪，李子芥，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：
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