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ISSN: 2321 - 6212
1部门Physics-CEPEMAT / UEMS,巴西马托格罗索州州立大学
2研究所的能源和核研究,IPEN-CNEN,巴西圣保罗
收到的日期:21/11/2018;接受日期:29/11/2018;发布日期:06/12/2018
DOI: 10.4172 / 2321 - 6212.1000239
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这项工作的目的是使用钨和木质素前体生产有机复合(Wx %闲逛)使用不同的烧结过程。是难熔金属钨和选择复合材料由于其优越的物理机械性能(机械强度、熔点高、和优秀与热能中子截面)。它的选择也是合理的,因为它被广泛用于高能辐射屏蔽。从木质生物质中提取的木质素被选为复合有机前体,因为它有多个应用程序;用于生产香料、粘合剂,酚醛树脂替代品。综合分析后进行烧结过程使用Nexview 3 d光学表面分析器和分析伽马辐射衰减系数使用钴源(Co-60)。有机复合材料的比率W5%Lig W2.5%Lig后产生不同的热处理过程。然后,γ复合样品的衰减系数这些定量分析。衰减系数的梯度不同标准的钨和复合材料时W5%Lig和W2.5%Lig Co-60相比免费的来源。
钨、复合、伽马辐射
许多感兴趣的材料尽可能的新组件复合材料由于其广泛应用于各种行业,如交通、民用建筑、汽车、造船、航空航天、核。纸浆产业对世界经济有重大贡献和有兴趣的研究和技术发展,旨在提炼过程中产生的废弃物中提取纤维素纤维中木质素矩阵(1,2]。钨是一种难熔金属和被选为结合木质素由于其广泛的物理和机械性能,包括机械强度,高熔点,优秀与热能中子截面(例如,钨广泛用于从高能辐射屏蔽)(3,4]。
Lignin-extracted木质生物质有机前体选择是提取和使用的样本由于其效用等不同类型的化合物生产芳烃、粘合剂,酚醛树脂替代(5,6]。这项工作的目的是创建一个复合使用木质素和钨作为前体(W5%Lig的比率和W2.5%Lig)在不同的热处理过程和分析伽马辐射衰减系数(7]。使用的技术,分析Nexview 3 d光学轮廓测量和测量γ辐射的衰减系数使用钴源(Co-60)。Nexview 3 d新有机复合材料的分析显示,不同等级的表面粗糙度作为热处理过程的函数在不同浓度的木质素(8]。措施的衰减系数γ辐射展示出了有前景的结果;因此,这个新组合可能是有用的在少量的高放射性物质的运输,需要巴西的能源和核能研究所(9]。
处理W2.5%Lig W5%Lig复合材料
生产复合材料的过程包括准备前体的均匀混合物,钨和卡夫木质素、:0.5:0.25 9.75和9.5的比例,分别。木质素是来自卡夫的黑液提取纤维素纸浆的过程(2]。卡夫的黑液木质素被通过碳化和孤立,然后酸化pH值2。首先,碳酸气体通入热黑液;在75年和80%的木质素被过滤回收。在第二步中,滤液用硫酸处理;大约10%的卡夫木质素回收作为一个粉(6]。
金属钨粉的样品作为前体。他们受到几个级别的粒度测量使用不同筛数字(在200年和250年的顺序μm)以形成一个复合更高程度的同质性(7,8]。准备样品,根据所需的前体是重质量比组成的复合化学计量质量比例从2.5%木质素木质素95%钨钨97.5%和5%。随后,混合物被单一化的出版社,甘愿被压在一个部件的生产样品直径1.2厘米,0.8厘米高(图1和图2)。
图1所示。卡夫木质素的实验方案。
图2。显示了样品后W2.5%Lig和W5%Lig紧迫
热处理工艺
样品受到石英管真空热处理;他们的速度加热10°C min1在90年和1000年c 1 h在每个温度。图2显示了紧迫和加热后的样品。图3描述了爱德华机械真空泵运行在1.5 x 10的压力1托。
图3。真空热处理系统
分析器Nexview™3 d光学表面
热处理后,Nexview 3 d光学表面分析器被用来测量样品的表面与subnanometric精度和独立的视野。软件Mx软件被用于分析;它允许完整的系统控制和数据分析,包括交互式3 d地图,量化地形信息,直观的导航、测量和嵌入式SPC统计,控制图表和限制。这个软件是用来确定样品的密度和孔隙度(图4)(10]。
图4。分析器的Nexview™3 d光学表面
伽马辐射衰减系数的测量
实验仪器的测量γ辐射衰减的实验室成立物理/ USP和包括下列事项:
•Cobalt-emitting源,有两个特征峰在1130和1330 keV。
•源包含七个钴颗粒(Co-60)铅容器内。
•一个千瓦INSTEK示波器(gds - 2062)。
•光谱放大器具有高稳压源(mod。总胆固醇1500 - 2 e)。
•XCOM软件计算的0.140兆电子伏能量发出的伽马射线的衰减mo - 99,安装存储光子计数。
•伽马辐射探测器- MOD。2米/ 2毫微米聚集在印度(图5)。
图5。)实验方案测量γ辐射;b)钴源(Co-60)
的结果Nexview 3 d光学表面分析器所示图6和图7;的程度的表面粗糙度和孔隙度W5%Lig热处理后样品在90°C和100°C在有限面积250μm描绘。样品在90°C比样品更毛孔治疗在100°C,这种差异可以归因于增加温度和木质素的融化;它是一种之间的粘合剂金属钨颗粒,减少复合的粗糙度。
图6。的光学剖面W5%Lig热处理后样品90°C
图7。的光学剖面W5%Lig热处理后样品100°C
数字8和9的程度的表面粗糙度和孔隙度W2.5%Lig热处理后样品在90°C和100°C在有限面积250μm。样品在90°C比样品更毛孔治疗100°C。这个结果可能意味着样品100°C的影响热处理进行了更大的木质素融化;因此,金属钨颗粒之间的空隙更完全,导致较低的粗糙度。因此,复合样品孔隙度减少木质素(W2.5%Lig)高于W5%Lig综合样本,结果由于浓度和木质素胶粘剂的过程和物理性质的差异前体(密度)。另外,这个结果可以归因于这样一个事实:木质素有机和粘合剂性能和钨具有较高的硬度和大粒子比木质素。
图8。的光学剖面W2.5%Lig热处理后样品90°C
图9。的光学剖面W2.5%Lig热处理后样品100°C
伽马辐射的衰减
图10比较γ辐射的衰减光谱之间自由Co-60来源和标准样品的钨和复合W5%Lig烧结在90°C。结果表明,在两个能量峰值Co-60特点,衰减系数的梯度之间的约32%免费的辐射之间没有障碍和标准钨和42%左右自由辐射没有障碍,W5%Lig复合烧结在90°C。因此,衰减系数的W5%Lig钨化合物高于标准。这个结果可能是由于木质素的浓度出现在复合。木质素的存在降低了样品的孔隙浓度随着温度增加;木质素的扩散发生在钨粉的粒度insets,增加横截面和证明越高衰减系数(9]。
图10。的比较光谱之间的伽马辐射衰减Co-60,标准的钨,W5%Lig烧结在90°C
图11代表之间的γ辐射的衰减比较光谱标准样品钨和sinterization W5%Lig组合在不同的温度下。这一结果可能是由于木质素的降解随着温度的增加,发挥粘附作用,关闭毛孔钨复合和接近系数的本身,在另一个方向,我们观察到木质素显示良好的材料衰减的天然的形式(10]。
图11。的比较光谱之间的伽马辐射衰减标准钨和W5%Lig复合烧结在70,80,90,100°C
图12代表之间的γ辐射的衰减比较光谱标准样品和W2.5%Lig钨复合。结果表明,改变木质素浓度复合烧结过程后从2.5%到5%在90°C没有造成显著差异的衰减系数相比,标准的钨。这一结果表明,一个更大数量的木质素是必要的,这样可以实现更多的衰减系数显著差异(9,10]。
图12。的比较光谱之间的伽马辐射衰减标准和W5%Lig W2.5%Lig钨复合材料烧结在90°C
•W2.5%Lig和W5%Lig复合样本显示好的同质性考虑,木质素是一种有机物质和钨氧具有高度的亲和力。
•光学轮廓测定法分析表明,提高温度导致的凝集钨粒子,最小化的孔隙密度样品。
•自由辐射没有障碍之间的衰减系数和标准钨显示32%左右的梯度两种能量峰值Co-60的特征。
•自由辐射之间的衰减系数没有障碍,W5%Lig复合显示42%左右的梯度两种能量峰值Co-60的特征。
•W5%Lig的峰值的衰减系数和W2.5%Lig复合材料没有显著不同。
•卡夫木质素的射线衰减系数增加,温度降低。
•结果表明,卡夫木质素是一个很好的选择,形成钨复合,但进一步的研究是必须的。例如,γ衰减系数使用纯木素和不同浓度的钨下纸仍有待确定。
