[發明專利]核反應堆慢化中子用復合材料筒形件的制備方法

有效

• 申請號: 201711303455.0
• 申請日: 2017-12-11
• 公開（公告）號: CN108057895B
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發明（設計）人: 陳洪勝;張婷婷;王文先;張宇陽;王晉鳳;劉瑞峰;張媛琦
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: B22F5/10
• 分類號: B22F5/10;C22C21/00;G21F1/02;G21F1/08
• 代理公司: 太原科衛專利事務所(普通合伙) 14100
• 代理人: 朱源

1.一種核反應堆慢化中子用復合材料筒形件的制備方法，其特征在于是由如下步驟實現的：

1）確定原料及配比

選用6061Al鋁合金粉和石墨（C）粉，其中6061Al鋁合金粉：石墨粉= 5:1；

2）制備圓筒形開合式模具

圓筒形開合式模具由圓筒形主模具和下墊塊、上墊塊構成；圓筒形開合式模具用石墨材料制作，主模具型腔表面粗糙度為Ra 0.08-0.16μm，主模具型腔尺寸為?30mm×70mm；

3）球磨混粉

將6061Al鋁合金粉和石墨粉按5:1的比例放入球磨罐后在球磨機中進行球磨混粉，球磨機轉速為500r/min，球磨混粉時間為8h，球磨后成混合粉；

4）裝料

將圓筒形開合式模具的主模具置于鋼質平板上，將下墊塊置于主模具內底部，在下墊塊上部鋪設第一石墨紙，稱取混合粉80g，置于第一石墨紙上部；在混合粉上部鋪設第二石墨紙，在第二石墨紙上部置放上墊塊；

5）放電等離子燒結爐內進行燒結

①打開放電等離子燒結爐，將步驟4）裝好料的圓筒形開合式模具移入爐腔內的工作臺上，圓筒形開合式模具與爐腔內的工作臺垂直，并由放電等離子燒結爐內的上壓頭壓緊圓筒形開合式模具，關閉爐門；

②開啟外水循環冷卻管，進行外水循環冷卻；開啟真空泵，抽取爐內空氣，使爐內壓強達5Pa，并恒定；

③開啟壓力電機，對模具施壓，施加壓力為30MPa；同時開啟放電等離子加熱器，加熱、施壓同時進行，加熱溫度為450^oC，加熱、施壓時間5min；

④繼續升溫、加壓，加熱溫度為620^oC，施加壓力為40MPa，加熱、施壓同時進行，加熱、施壓時間10min；

⑤ 停止加熱、施壓，隨爐冷卻至室溫；

⑥ 打開放電等離子燒結爐，取出圓筒形開合式模具；開模，取出燒結塊體，即為鋁基石墨復合材料坯料；

6）打磨及潔凈處理

將鋁基石墨復合材料坯料置于鋼質平板上，用砂紙打磨周邊及正反表面，使其清潔；然后用無水乙醇清洗，使其潔凈；

7) 機械加工

將打磨及潔凈處理后的鋁基石墨復合材料坯料進行機械加工，即在圓柱體狀的鋁基石墨復合材料坯料的端面中心鉆一個?15mm的軸向通孔，形成筒形件坯料，軸向通孔的內表面粗糙度為Ra 0.08-0.16μm；

8)強力旋壓成筒形件

①用無水乙醇清洗筒形件坯料，使其潔凈；

②將石墨乳均勻涂覆在筒形件坯料的內外表面和強力旋壓機的旋壓主軸表面；

③將筒形件坯料置于電阻加熱爐內進行加熱，加熱溫度為360^oC±2^oC，保溫10min；

④將強力旋壓機的旋壓主軸加熱到200^oC±2^oC，然后將加熱后的筒形件坯料安裝在強力旋壓機的旋壓主軸上，進行第一道次旋壓，旋壓變形量為20%，旋壓主軸轉速為450r/min，旋輪軸向進給速度為100mm/min；

⑤將經過第一道次旋壓的筒形件坯料進行第二道次旋壓，旋壓變形量為10%，旋壓主軸轉速為450r/min，旋輪軸向進給速度為100mm/min；

⑥將經過第二道次旋壓的筒形件坯料進行第三道次旋壓，旋壓變形量為10%，旋壓主軸轉速為450r/min，旋輪軸向進給速度為100mm/min；

9)打磨、清洗

將旋壓后的筒形件坯料置于鋼質平板上，用砂紙打磨各面，使其清潔；然后用無水乙醇進行清洗，使其潔凈，得到最終產品——核反應堆慢化中子用復合材料筒形件。