[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

本發明涉及核輻射防護材料的制備，具體為核反應堆慢化中子用復合材料筒形件的制備方法。解決現有的核反應堆慢化中子用復合材料筒形件的制備方法，工藝流程相對復雜，同時筒形件的成型采用焊接工藝，因而制得的筒形件性能欠佳的問題。本發明采用放電等離子燒結技術制備鋁基石墨復合材料坯料，對燒結制備的鋁基石墨復合材料坯料進行機械加工，采用強力旋壓的方法對機械加工后的鋁基石墨復合材料坯料進行多道次的旋壓成形，最終旋壓成薄壁筒形件；旋壓有利于提高復合材料致密度，強度、硬度等力學性能，同時提高了材料的利用率，降低制造成本。所制備的成品可用于乏燃料儲存及核電站中筒形屏蔽體，是先進的制備復合材料筒形件的方法。

技術領域

本發明涉及核輻射防護材料的制備，具體為核反應堆慢化中子用復合材料筒形件的制備方法。

背景技術

石墨由于具有中子散射截面大，吸收截面小，質量數低，單位體積內的原子密度高等優點而廣泛應用于反應堆中作中子慢化劑。中子慢化的機制是中子與慢化材料原子的彈性散射，把其攜帶的能量傳遞給慢化材料的原子，而石墨是除重水外最好的慢化材料，且價格便宜，又是耐高溫材料。鋁合金由于具有極佳的加工性能，優良的抗腐蝕性，高韌性及良好的抗輻照性等特點被廣泛用于航空、航天、核電等領域。將石墨加入到鋁合金當中制成鋁合金基復合材料，在具有良好的塑性變形能力的同時還可有效慢化中子，作為輻射屏蔽材料應用于核電等領域。

現有的核反應堆慢化中子用復合材料筒形件的制備方法，工藝流程相對復雜，同時筒形件的成型采用焊接工藝，由于焊縫的存在給筒形件帶來不利影響。

發明內容

本發明解決現有的核反應堆慢化中子用復合材料筒形件的制備方法，工藝流程相對復雜，同時筒形件的成型采用焊接工藝，因而制得的筒形件性能欠佳的問題，提供一種核反應堆慢化中子用復合材料筒形件的制備方法。該方法采用放電等離子燒結技術制備鋁基石墨復合材料，再經旋壓技術制備出復合材料筒形件，在減少工藝流程的同時，也避免了傳統方法制備筒形件時因焊接過程而帶來的不利影響。

本發明是采用如下技術方案實現的：核反應堆慢化中子用復合材料筒形件的制備方法，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

鋁基石墨復合材料坯料的燒結是在放電等離子燒結爐內進行的，是在真空環境下、施壓過程中完成的；

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；