[發明專利]高溫氣冷堆堆內構件用大規格尺寸核石墨材料及制備方法

有效

• 申請號: 201810272718.4
• 申請日: 2018-03-29
• 公開（公告）號: CN108341669B
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發明（設計）人: 黃岱;楊輝;李賀;曹曙林
• 申請（專利權）人: 中鋼集團新型材料（浙江）有限公司
• 主分類號: C04B35/532
• 分類號: C04B35/532
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 韓燕燕

本發明涉及一種用于高溫氣冷堆堆內構件用大規格尺寸核石墨材料及其制備方法，該方法包括以下步驟：原材料選擇、磨粉、混捏、成型、焙燒和0?1次浸漬、石墨化/核純處理。本發明工藝簡單，操作方便，生產設備少，從而進一步降低成本，便于推廣應用，適于大規模生產，提供的產品較之現有技術規模大，且具有中子輻照性能數據。

技術領域

本發明涉及一種核石墨生產領域技術，尤其是指一種用于高溫氣冷堆堆內構件用大規格尺寸核石墨材料及其制備方法。

背景技術

石墨用于熱中子反應堆，也有希望用于聚變堆，在熱中子反應堆中可作為燃料區的中子慢化劑、燃料區周圍的反射層材料，以及堆芯內部的結構材料。

核石墨(nuclear graphite)，是用于核工業方面的石墨材料。

核石墨用于高溫氣冷堆內最核心的構件，直接接觸核裂變所有產物，因此，材料本身在技術方面的先進性、性能方面的可靠性及重復性、以及大規模大規格尺寸石墨材料制造方面的穩定性，將直接限定核反應堆的正常服役壽命、核電站運行綜合經濟效益、以及核資源的有效安全利用。以往方法制備的人造石墨在尺寸、可靠性(有效中子輻照考驗)無法滿足核反應堆的要求，因此核石墨材料研制，以及對核石墨物理/力學行為在相當于反應堆內條件下的變異特征的充分而全面的表征，成為人們亟待解決的問題。

核石墨與非核石墨的工作環境不同，前者在強中子輻射場中工作，既要慢性裂變產生的快中子，又要盡量少吸收中子，快中子輻照使石墨的結構發生改變，從而使與組織結構有關的石墨所有性能都發生變化，隨快中子注量的增加，石墨的結構和性質都是變化(動態)的，非核石墨不存在中子吸收和快中子輻照問題。

CN101654239A，申請號為200910023729.X，具體方法是：1)將粘結劑和骨料按照0.30-0.70：1的比例混勻，混捏均勻，2)采用擠壓、模壓、振動成型或等靜壓成型形成成型配料，3)焙燒，溫度在900-1200℃，4)浸漬1-3遍和二次焙燒，浸漬壓力為0.3-1.5MPa，700-900℃焙燒，5)石墨化處理，處理溫度為2200-3000℃。所得石墨制品：體積密度為1.75-1.88g/cm³，石墨化度g＝78-85％，各向異性指數α＝1.01-1.23，抗折強度34-68MPa，該專利提供的石墨是非核石墨，不能滿足核石墨的需求。

目前核石墨生產基本上是在普通人造石墨生產工藝基礎上開展起來的。針對核石墨需要高純度、高密度、高各向同性度的特點，對現行的石墨生產工藝、原料和設備技術升級，使之達到生產核石墨的要求。

核石墨生產有4個主要問題，即穩定批量制造大規格尺寸、高純度、高密度、高各向同性度，其中：

(1)大規格尺寸。是指所制造的核石墨坯品尺寸需滿足工程應用的最小尺寸要求，而該應用較石墨在其他行業如光伏、電火花加工、模具等所需坯品尺寸通常要大很多。

(2)高純度。核石墨減速劑的純度是最被重視的特性之一。首先選用純度高、雜質含量少的焦炭和粘結劑作原料。原料中的雜質，特別是硼含量要低，高溫石墨化大多數金屬雜質在2900～3300℃揮發，但還有其他一些雜質元素無法通過高溫熱處理除去，尤其是硼高于3000℃亦難除去，因硼與碳形成B₄C₃。因此，對原料中雜質元素以及硼含量要求極其嚴格，除原料外在生產中先后經多道工序減少外來的雜質和合理工藝制度是十分重要的。

(3)高密度。核石墨應有較高的密度，一般控制在1.70g/cm³左右，基本上能滿足石墨堆運行要求，該體密較傳統石墨要求更高。因為石墨的體積密度表示慢化劑的有效慢化率，密度降低則單位體積內的原子數減少，慢化率也就降低。