[發明專利]一種乏燃料貯存用B4

有效

• 申請號: 201710423098.5
• 申請日: 2017-06-07
• 公開（公告）號: CN108994307B
• 公開（公告）日: 2020-07-31
• 發明（設計）人: 羅昊;龐曉軒;劉炳剛;蔡永軍;陳正覺;王偉;張佳佳;張天助
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院材料研究所
• 主分類號: B22F7/04
• 分類號: B22F7/04;B22F3/15;B22F3/18
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 沈強

本發明公開了一種乏燃料貯存用B₄C/Al復合材料板材邊緣柔性約束軋制方法，目的在于解決B₄C/Al復合材料的塑性和韌性較差，在軋制過程中，邊緣極易開裂、崩邊，使得材料利用率降低，生產成本升高，且使得道次變形量較小，生產效率受到制約的問題。本發明中，復合材料冷壓坯與其側面的鋁合金條在溫度和壓力的共同作用下，能實現冶金結合，在軋制變形過程中，坯料邊緣始終處于側面夾鋁合金的柔性約束作用下，邊緣拉應力大幅減小，從而減輕邊緣開裂、崩邊問題，也使得后續需切割部分減少，極大提高材料利用率。經測定，本發明能有效減輕板材邊緣開裂、崩邊的問題，具有顯著的效果，對于乏燃料貯存用B₄C/Al復合材料板材的國產化、工業化應用，具有重要的現實意義。

技術領域

本發明涉及材料制備領域，尤其是B₄C/Al復合材料軋制領域，具體為一種乏燃料貯存用B₄C/Al復合材料板材邊緣柔性約束軋制方法。

背景技術

隨著我國核電事業的快速發展，核反應堆中卸出的乏燃料數量也急劇增長。然而，目前乏燃料處理技術并不成熟，因此，伴隨核電發展過程中產生的乏燃料累積量將遠遠超過乏燃料的后處理能力，乏燃料的后處理將是一個長期而艱巨的任務。乏燃料從堆芯卸出后，要先在堆內進行貯存，待其短壽命核素衰變一定時間后，再送去后處理，或直接在地質庫中貯存，而乏燃料的貯存和轉運都需要良好的中子屏蔽材料作為保護。

B₄C/Al復合材料具有優異的中子屏蔽性能，且在硼酸水池中的各項性能穩定，因而用其制成的板材在乏燃料貯存格架中已取得了良好的應用效果。目前，這種材料已被應用于三代核電AP-1000核電技術乏燃料貯存格架中。

目前，乏燃料貯存用B₄C/Al復合材料板材尚未實現國產化，主要依賴國外進口。國內關于中子屏蔽B₄C/Al復合材料大部分停留于材料研究階段，且針對乏燃料貯存用板材的工程化研制還較少。

由于B₄C/Al復合材料中硬質脆性B₄C顆粒的存在，提高了材料硬度，但也顯著降低了材料的塑性和韌性，這給復合材料板材軋制帶來了很高的難度。更具體地，B₄C/Al復合材料整體呈脆性，在軋制過程中，邊緣極易開裂，甚至崩邊。板材的最終成型需切割掉開裂部分，由于邊緣開裂、崩邊的情況造成材料利用率低，不利于降低生產成本。另外，為了保持軋制出板材表面質量，軋制的道次變形量都很小，因此，需要花費更多的軋制變形道次來實現板材厚度的要求，極大制約了板材生產效率的提高。

為此，迫切需要設計一種新復合次材料坯料結構，減輕其在軋制過程中邊緣開裂的現象，增加道次變形量進而減少道次數量，從而提高生產效率和原料利用率。

發明內容

本發明的發明目的在于：針對B₄C/Al復合材料的塑性和韌性較差，在軋制過程中，邊緣極易開裂，甚至崩邊，使得材料利用率降低，生產成本升高，且使得道次變形量較小，生產效率受到制約的問題，提供一種乏燃料貯存用B₄C/Al復合材料板材邊緣柔性約束軋制方法。本發明中，復合材料冷壓坯與其側面的鋁合金條在溫度和壓力的共同作用下，能夠實現冶金結合，在軋制變形過程中，坯料邊緣始終處于側面夾鋁合金的柔性約束作用下，邊緣拉應力大幅減小，從而減輕邊緣開裂、崩邊現象，也使得后續需切割部分減少，極大提高材料利用率。經實際測定，本發明有效減輕了板材邊緣開裂、崩邊的問題，具有顯著的效果，對于乏燃料貯存用B₄C/Al復合材料板材的國產化、工業化應用，具有重要的現實意義。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種乏燃料貯存用B₄C/Al復合材料板材邊緣柔性約束軋制方法，包括如下步驟：

（1）冷壓坯制備