CN108218432A - 一种辐射屏蔽组件用碳化硼烧结块的加工工艺 - Google Patents

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Abstract

一种辐射屏蔽组件用碳化硼烧结块的加工工艺，本发明涉及辐射屏蔽组件材料加工技术领域；它的加工步骤如下：将称量配制好的粉末加入到混料机中，加入0‑25%的去离子水进行混合2‑6h，制备出均匀分布的粉末或乳液；将混合均匀的粉末或乳液与一定质量分数的粘结剂和去离子水加入至高速搅拌机中进行搅拌均匀，配制成固含量一定的乳液待用；喷雾造粒；压制；压制坯修整；排水脱胶；烧结；封装。将传统的灌装碳化硼粉末或采用硼硅树脂屏蔽材料更改为碳化硼烧结块整体或拼块填充，在满足辐射屏蔽性能的基础上，简化制备工艺、生产成本、以实现高精度规格的碳化硼烧结块批量生产，实用性更强。

Description

一种辐射屏蔽组件用碳化硼烧结块的加工工艺
技术领域
本发明涉及辐射屏蔽组件材料加工技术领域，具体涉及一种辐射屏蔽组件用碳化硼烧结块的加工工艺。
背景技术
基于B4C具有优异的物理化学性质，因而被普遍应用在电子电工、核电、军事、汽车等高新行业。在结构性材料、化工材料、防辐射材料以及防弹材料等方面得到广泛应用，B4C复合材料的生产大大促进了我国高新行业的发展，增强了许多设备的性能。
由于B4C是一种共价键极高的化合物，高达90%以上，晶界阻力很强，是一种极难烧结且难以加工的特种陶瓷材料，单一B4C烧结很难得到致密、尺寸精度较高的陶瓷材料，需通过添加一定含量的烧结助剂降低烧结熔点进行烧结。
传统的辐射屏蔽组件常采用碳化硼粉末灌装或硼硅树脂屏蔽材料但在运行、热试时易出现泄漏的现象，现许多核电机组将辐射屏蔽组件中的屏蔽材料由碳化硼粉末灌装或硼硅树脂变更为碳化硼烧结块，但碳化硼烧结块的尺寸及形状采用常规方法难以加工，在向辐射屏蔽组件中安装时易出现孔隙、贯穿缝等有害使用要求的缺陷。因此，需采用一种可以批量化生产的工艺制备出所需规格尺寸和形状的碳化硼烧结块。
现阶段制备B4C特种陶瓷材料的的方法多集中于无压烧结、反应烧结、热压烧结三种烧结工艺，其中，反应烧结容易出现局部收缩不均，导致尺寸精度难以保证，且烧结后的材料难以进行加工；另外，反应烧结容易出现未完全反应而残留较多的SiC和C游离相，游离相的存在严重影响陶瓷材料的力学性能；热压烧结所得的陶瓷材料物化性能最好，而且尺寸精度较高，但是制造成本高、产能低、尺寸及形状受限，难以实现工业大批量生产，亟待改进。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种结构简单，设计合理、使用方便的辐射屏蔽组件用碳化硼烧结块的加工工艺，将传统的灌装碳化硼粉末或采用硼硅树脂屏蔽材料更改为碳化硼烧结块整体或拼块填充，在满足辐射屏蔽性能的基础上，简化制备工艺、生产成本、以实现高精度规格的碳化硼烧结块批量生产，实用性更强。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：它的加工步骤如下：
1、混料：将称量配制好的粉末加入到混料机中，加入0-25%的去离子水进行混合2-6h，制备出均匀分布的粉末或乳液；
2、乳液制备：将混合均匀的粉末或乳液与一定质量分数的粘结剂和去离子水加入至高速搅拌机中进行搅拌均匀，配制成固含量一定的乳液待用；
3、喷雾造粒：将步骤2中所得乳液，采用离心喷雾造粒机进行喷雾造粒，得到粉末粒度配比良好，水含量适中的球形颗粒；
4、压制：将步骤3中制备的粉末进行冷等静压或模压成型，成型压力为120MPa-260MPa；
5、压制坯修整：根据所需坯锭规格和形状对步骤4中得到的压制坯进行切割、修整得到尺寸满足使用要求、表面光洁度较高的压制坯；
6、排水脱胶：将步骤5中所得到的压制坯进行排水脱胶处理，得到干燥的坯锭；
7、烧结：将步骤6中得到的压制坯放入到真空烧结炉中进行无压烧结；得到一定形状、规格尺寸、表面精度和强度的碳化硼烧结块；
8、封装：将步骤7中烧结块作为辐射屏蔽组件中的屏蔽材料封装进入不锈钢包壳，为了保证使用性能，必须将不锈钢包壳填满，两者之间的间隙不得大于1mm；因此需要保证碳化硼烧结块具有良好的尺寸精度和表面质量。
进一步地，所述的步骤5中的压制坯修整时需计算步骤7中烧结后的收缩量以计算烧结收缩率，进而确定需要修整为的尺寸和形状。
采用上述工艺后，本发明有益效果为：
1、本制备方法具有工艺简单、产能高、成本低廉、易于加工成各种形状和各种尺寸的烧结块，能够满足辐射屏蔽组件对各种规格的碳化硼烧结块的需求；相对于反应烧结，本方法制备的碳化硼烧结块具有收缩率低，尺寸精度易于控制、综合性能更优；相对于真空热压烧结，所得产品的形状和尺寸不受限制，且生产成本低廉，生产效率大幅度提高；
2、此屏蔽材料突破了辐射屏蔽组件常只采用灌装碳化硼粉末或采用硼硅树脂屏蔽材料的技术和成本限制；采用碳化硼烧结块装填辐射屏蔽组件，不但保证了屏蔽性能，还能够在更苛刻的环境中稳定使用，提升了使用的安全性；此外，采用此种辐射屏蔽材料进行包壳封装，实现了更高效的辐射屏蔽材料量产化的技术突破，不再受限于单一规格或传统辐射屏蔽材料的使用限制，大大拓宽了核电机组的应用范围，对提高我国核电机组使用方便性、安全性具有重要的战略意义。
具体实施方式
本具体实施方式采用的技术方案是：它的加工步骤如下：
1、将一定质量分数的碳化硼粉末、碳化硅粉末、石墨粉及一定重量的不锈钢球加入至V型混料机进行干法混合至均匀；同时，配制一定质量分数的PVA溶液作为压制的粘结剂；
2、将混合均匀的复合粉末和PVA溶液加入至高速搅拌机中，并添加一定重量的去离子水，通过高速搅拌，混合成均匀的乳液；
3、通过离心喷雾造粒机将复合粉末造粒成球形的颗粒；
4、将造粒好的粉末按照一定的重量装入至150x140x280(单位：mm)的不锈钢模具中进行压制成型，得到尺寸为150x140x160（单位：mm）规格的压制毛坯；
5、采用切割机和铣床对压制坯进行修整；
6、对压制坯排水脱胶；
7、将排水脱胶后的压制胚转移至高温真空烧结炉中进行无压烧结，经过烧结后，坯锭出现一定的收缩，此时得到尺寸为120x112x128（单位：mm）的烧结块；
8、将此种规格的碳化硼烧结块与其他相同方法制备的不同尺寸和形状的碳化硼烧结块进行错缝封装入辐射屏蔽组件中，封装过程中需保证，碳化硼烧结块与不锈钢包壳之间的间隙小于1mm；碳化硼烧结块拼装时，两者之间的间隙不得大于2mm，而且不得产生贯穿性的拼接接缝。
采用上述工艺后，本发明有益效果为：突破了批量化生产应用的壁垒、降低了生产成本、改变了单一尺寸和形状的使用限制；并可以取代传统的碳化硼粉末灌装或硼硅树脂屏蔽材料的使用，大大提高了使用的安全性。通过采用碳化硼烧结块对 辐射屏蔽组件不锈钢包壳封装，减小了局部辐射屏蔽材料的密度差异提高了屏蔽性能，提高了使用环境的适应能力，有利于整个组件的使用性能。
以上所述，仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其它修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种辐射屏蔽组件用碳化硼烧结块的加工工艺，其特征在于：它的加工步骤如下：
1、混料：将称量配制好的粉末加入到混料机中，加入0-25%的去离子水进行混合2-6h，制备出均匀分布的粉末或乳液；
2、乳液制备：将混合均匀的粉末或乳液与一定质量分数的粘结剂和去离子水加入至高速搅拌机中进行搅拌均匀，配制成固含量一定的乳液待用；
3、喷雾造粒：将步骤(2)中所得乳液，采用离心喷雾造粒机进行喷雾造粒，得到粉末粒度配比良好，水含量适中的球形颗粒；
4、压制：将步骤(3)中制备的粉末进行冷等静压或模压成型，成型压力为120MPa-260MPa；
5、压制坯修整：根据所需坯锭规格和形状对步骤(4)中得到的压制坯进行切割、修整得到尺寸满足使用要求、表面光洁度较高的压制坯；
6、排水脱胶：将步骤(5)中所得到的压制坯进行排水脱胶处理，得到干燥的坯锭；
7、烧结：将步骤(6)中得到的压制坯放入到真空烧结炉中进行无压烧结；得到一定形状、规格尺寸、表面精度和强度的碳化硼烧结块；
8、封装：将步骤(7)中烧结块作为辐射屏蔽组件中的屏蔽材料封装进入不锈钢包壳，为了保证使用性能，必须将不锈钢包壳填满，两者之间的间隙不得大于1mm；因此需要保证碳化硼烧结块具有良好的尺寸精度和表面质量。
2.根据权利要求1所述的一种辐射屏蔽组件用碳化硼烧结块的加工工艺，其特征在于：所述的步骤(5)中的压制坯修整时需计算步骤(7)中烧结后的收缩量以计算烧结收缩率，进而确定需要修整为的尺寸和形状。
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