[發明專利]一種結構功能一體化中子吸收材料高溫強化方法

在審

• 申請號: 201910097745.7
• 申請日: 2019-01-30
• 公開（公告）號: CN109797309A
• 公開（公告）日: 2019-05-24
• 發明（設計）人: 王鑫;張鵬程;劉彥章;龐曉軒;王傲松;白彬;唐邵華;羅昊;左永德;張佳佳;唐瓊輝
• 申請（專利權）人: 中廣核工程有限公司;中國工程物理研究院材料研究所;深圳中廣核工程設計有限公司
• 主分類號: C22C1/05
• 分類號: C22C1/05;B22F3/04;B22F3/18;B22F3/20;C22C21/00;C22C32/00;G21F1/08
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 王基才

本發明公開了一種結構功能一體化中子吸收材料高溫強化方法，采用粉末冶金和壓力成型，包括以下步驟：1)將5～20wt.％的B₄C、1～8wt.％的納米氧化物材料和鋁合金粉末通過高能球磨方式進行均勻混合；2)將混合均勻的粉末進行冷等靜壓方式壓制成型為坯錠，并將壓制成型的坯錠置于鋁包套中進行高溫真空除氣處理，達到所需真空度后將坯錠封焊在鋁包套中，然后將經高溫真空除氣處理的坯錠和鋁包套進行熱壓成型、熱鍛成型、熱擠壓成型或熱軋成型處理；或直接將步驟1)中混合均勻的粉末進行熱擠壓成型處理；3)將步驟2)中成型的材料通過冷等靜壓方式壓制成型；4)將步驟3)中壓制成型的材料在一定溫度下進行軋制，得到所需的中子吸收材料。

技術領域

本發明屬于復合材料領域，更具體地說，本發明涉及一種結構功能一體化中子吸收材料高溫強化方法。

背景技術

隨著核能的快速發展，對輻射防護所需的中子屏蔽材料的綜合性能要求越來越高。在利用核能的同時，不可避免的產生乏燃料，對環境和安全產生極大的威脅。一般地，乏燃料從堆芯卸出后先在堆內進行貯存，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，在乏燃料的貯存和轉運過程中都需要良好的中子吸收材料作為保護。

目前的乏燃料貯存包括濕法貯存和干法貯存，其中干法貯存容器具有裝卸料簡單、周期短、運輸更為方便，具有不可替代的作用。在干法貯存過程中，乏燃料自身的發熱作用長期累積，造成材料及容器的溫度升高，而干式貯存器是采用自然空氣對流的方式散熱，因而對中子吸收材料需具備結構、功能一體化的特征，對高溫力學性能和熱物理性能有很高的要求。

B₄C/Al復合材料是較為理想的中子吸收材料，自上世紀80年代以來，已受到核輻射防護科研工作者的青睞。但傳統的B₄C/Al復合材料通常采用微米級的B₄C顆粒作為增強體，材料強度雖在室溫下較高，但隨溫度的升高其強度衰減嚴重，難以滿足高溫下的使用需求。

有鑒于此，確有必要提供一種結構功能一體化中子吸收材料高溫強化方法來制備結構功能一體化中子吸收材料，使結構功能一體化中子吸收材料的高溫力學性能好、熱導率高、能長期在高溫下使用，以滿足乏燃料干式貯存需求。

發明內容

本發明的發明目的在于：克服現有技術的不足，提供一種結構功能一體化中子吸收材料高溫強化方法來制備結構功能一體化中子吸收材料，使結構功能一體化中子吸收材料的高溫力學性能好、熱導率高、能長期在高溫下使用，以滿足乏燃料干式貯存需求。

為了實現上述發明目的，本發明提供了一種結構功能一體化中子吸收材料高溫強化方法，其中，采用粉末冶金和壓力成型方式制備實現材料致密化，包括以下步驟：

1)將5～20wt.％的B₄C、1～8wt.％的納米氧化物材料和鋁合金粉末通過高能球磨方式進行均勻混合；

2)將混合均勻的粉末進行冷等靜壓方式壓制成型為坯錠，并將壓制成型的坯錠置于鋁包套中進行高溫真空除氣處理，達到所需真空度后將坯錠封焊在鋁包套中，然后將經高溫真空除氣處理的坯錠和鋁包套進行熱壓成型、熱鍛成型、熱擠壓成型或熱軋成型處理；或

直接將步驟1)中混合均勻的粉末進行熱擠壓成型處理；

3)將步驟2)中成型的材料通過冷等靜壓方式壓制成型；

4)將步驟3)中壓制成型的材料在一定溫度下進行軋制，得到所需的中子吸收材料。