[發明專利]一種高溫氣冷堆控制棒用核級碳化硼芯塊制備方法

有效

• 申請號: 201610303243.1
• 申請日: 2016-05-10
• 公開（公告）號: CN105913888B
• 公開（公告）日: 2018-01-30
• 發明（設計）人: 李圓圓;劉海;楊靜;潘小強;尹昌耕;黃衛東;喻沖
• 申請（專利權）人: 中國核動力研究設計院
• 主分類號: G21C21/18
• 分類號: G21C21/18;G21C7/24;C04B35/563;C04B35/64
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙)51220
• 代理人: 王記明

技術領域

本發明涉及核材料與陶瓷材料的制備技術，具體涉及一種高溫氣冷堆控制棒用核級碳化硼芯塊制備方法。

背景技術

高溫氣冷堆核電站采用碳化硼芯塊作控制棒中子吸收材料，碳化硼控制棒用碳化硼芯塊有8種規格，碳化硼芯塊主體為環狀，大致分為外棒與內棒兩類，外棒端頭連接芯塊有6個凸臺，形狀較復雜，碳化硼雜質含量要求為核級。據文獻《高溫氣冷堆控制棒B₄C芯塊的研制》報道，牡丹江金剛鉆公司用熱壓方法為高溫氣冷堆研制過控制棒用核級碳化硼芯塊，批量較小，共制備碳化硼芯塊355塊。碳化硼的熱壓工藝制備成本高，效率低，難以大規模生產，而且由于碳化硼硬度高，而通過熱壓工藝制備的碳化硼制品后加工量大，加工成本極高。

尹邦躍等人以葡萄糖、酚醛樹脂、硬脂酸作助燒結劑，在2270℃氫氣中常壓燒結，保溫1小時，制得密度達到82%T.D.的碳化硼芯塊，芯塊尺寸為φ17mm×17mm，由于其尺寸較小，沒有考慮大尺寸異形芯塊制備所帶來的成型開裂問題，環形樣品燒結變形與開裂問題，由批量化生產所帶來的加工問題、生產效率問題，也沒有考慮到應用到高溫氣冷堆控制棒用碳化硼芯塊所要求的化學成分問題。

高溫氣冷堆用碳化硼芯塊的尺寸較大，在無壓燒結工藝成型過程中易形成裂紋；控制棒外棒的壁厚較薄，在無壓燒結過程極易發生變形；而內棒的壁厚較厚，在脫脂與燒結過程中易形成裂紋。因此高溫氣冷堆用核級碳化硼芯塊的無壓燒結工藝對工藝參數有較嚴格的要求，如碳化硼與添加劑原料的選取、模具設計、成型壓力、脫脂制度、燒結制度等。對于大尺寸異形碳化硼制品的無壓燒結工藝，到目前為止沒有查找到相關文獻報道。由于碳化硼的硬度僅次于金剛石，加工成本高，效率低，如果碳化硼燒結體變形量太大，或加工余量太大則難于滿足碳化硼芯塊的批量化生產要求。按目前的技術不能用熱壓工藝批量化生產高溫氣冷堆用碳化硼芯塊，也不能用無壓燒結工藝制備出高溫氣冷堆用核級碳化硼芯塊。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高溫氣冷堆控制棒用核級碳化硼芯塊制備方法，解決目前的熱壓工藝和無壓燒結工藝都不能制備出大尺寸核級碳化硼芯塊的問題。

本發明通過下述技術方案實現：

一種高溫氣冷堆控制棒用核級碳化硼芯塊制備方法，包括如下步驟：

（a）混料：以碳化硼粉末為原料、以含有酚醛樹脂的酒精溶液為添加劑進行混合；

（b）烘干：混合后的在烘箱內進行烘干形成干混料；

（c）制粒：干混料在造粒機的加工下形成顆粒；

（d）鋼模成型：利用鋼模成型法將顆粒料在成型壓力作用下壓制成生坯；

（e）等靜壓成型：將經鋼模成型后的生坯用冷等靜壓機進行處理；

（f）生坯加工：對生坯進行機加工，去除鋼模成型的脫模錐度與等靜壓成型處理后的變形量；

（g）脫脂燒結：把碳化硼制品放入到燒結爐中，在氣氛保護或真空下進行脫脂燒結，脫脂與燒結在同一爐中進行；

（h）機加工：根據碳化硼毛坯與標準樣品的尺寸差異進行機加工，制得高溫氣冷堆控制棒用核級碳化硼芯塊，如果尺寸差異小，則毛坯不加工直接使用。