CN108251673A - 铝基碳化硼中子吸收材料的制备工艺 - Google Patents

铝基碳化硼中子吸收材料的制备工艺 Download PDF

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Abstract

本发明铝基碳化硼中子吸收材料的制备工艺，其特征在于，制备步骤如下：(1)铝粉预处理；（2）B4C粉预处理；（3）球磨混料；(4)压制素坯；(5)热压烧结。采用双重预处理工艺在，混粉前先对两种粉末进行预处理，通过两次烘干一次球磨的工艺，使得粉末干燥性提高，有利于后续工序的进行，有助于提高最终产品的中子吸收材料致密度，进一步提高B4C粉体与铝粉之间的界面结合；保证粉料的均匀混合和成分的稳定，确保产品的性能稳定。

Description

铝基碳化硼中子吸收材料的制备工艺
技术领域
本发明特别涉及铝基碳化硼中子吸收材料的制备工艺。
背景技术
核电由于高效、低耗、绿色等优点，成为与火电、水电并称的世界三大电力供应支柱。目前全球核能发电已占电力总量的17%，其中法国高达77%，而我国仅占2.5%左右。国务院常务会2012 年审核通过《核电安全规划（2011-2020 年）》和《核电中长期发展规划（2011-2020 年）》，《规划》提出，我国在保证安全的前提下继续保持发展核电，至2020年中国核电装机将达到在运5800 万千瓦，在建 3000 万千瓦，核电比重达电力总量的4%。虽然核电是未来低碳电力的“生力军”，但由于核电乏燃料具有放射性强、毒性大、有发生临界事故危险等特点，因此乏燃料的储存、运输和后续处理装备是保障核电运行安全性的关键之一。突破此类装备用中子吸收材料的技术瓶颈，是有效促进我国核电工程健康快速发展的重要保障。
传统的中子吸收用B4C/Al复合材料采用箱体松装轧制工艺，B4C和Al经均匀混合后松装于铝合金箱体，经排气后直接轧制，得到的复合材料为三明治结构，在上下两层铝板中间的是仍然为粉体、未形成连续的复合块体的材料，因此，产品的力学性能差、热导率低、中子吸收能力不稳定。
发明内容
本发明针对上述问题提出了铝基碳化硼中子吸收材料的制备工艺及其制备方法。
具体的技术方案如下：
铝基碳化硼中子吸收材料的制备工艺，其特征在于，制备步骤如下：
(1) 铝粉预处理：将未处理铝粉放入烘箱中进行一次烘干，烘干温度为70-90℃，烘干时间10-20min，烘干完成后放入罐中，在罐中加入磨球，球料重量比为4:1，将罐密封后在行星式球磨机中，球磨机转速为400rpm，球磨时间为1h，球磨结束后进行二次烘干，烘干温度为60-70℃，烘干时间1-2H，烘干完成后自然冷却至常温，得到处理好的铝粉；
（2）B4C粉预处理：将未处理B4C粉放入烘箱中进行一次烘干，烘干温度为90-100℃，烘干时间20-30min，烘干完成后放入罐中，在罐中加入磨球，球料重量比为5:1，将罐密封后在行星式球磨机中，球磨机转速为500rpm，球磨时间为1.5h，球磨结束后进行二次烘干，烘干温度为70-90℃，烘干时间1.5-2.5H，烘干完成后自然冷却至常温，得到处理好的B4C粉；
（3）球磨混料：将处理好的铝粉和B4C粉放入罐中，在罐中加入磨球，球料重量比为7:1，将罐密封后在行星式球磨机中，球磨机转速为750rpm，球磨时间为1.5-2.5h，得到混合料；
(4)压制素坯：将步骤（3）中的混合料倒入模具中，在40-70MPa的压力下保压10-20秒，压制成素坯；
(5)热压烧结：将步骤（4）中制得的素坯放入热压烧结炉中，在热压温度为700℃～800℃和压力为 130MPa～150MPa的条件下热压烧结1h～2h，随炉冷却后，即可得到中子吸收材料。
进一步的，所述铝粉与B4C粉混合时的混合质量比例为1：3—5。
进一步的，所述未处理铝粉为平均粒径为50μm的铝粉颗粒。
进一步的，所述未处理B4C粉为平均粒径为100μm的B4C粉颗粒。
本发明的有益效果为：
采用双重预处理工艺在，混粉前先对两种粉末进行预处理，通过两次烘干一次球磨的工艺，使得粉末干燥性提高，有利于后续工序的进行，有助于提高最终产品的中子吸收材料致密度，进一步提高B4C粉体与铝粉之间的界面结合；保证粉料的均匀混合和成分的稳定，确保产品的性能稳定。
保证产品的高密度和高效、优质、稳定生产，确保目标产品的密度达2.77g/cm3，达到理论密度的99%，抗拉强度达到275MPa，断裂延伸率3.18%。
具体实施方式
为使本发明的技术方案更加清晰明确，下面对本发明进行进一步描述，任何对本发明技术方案的技术特征进行等价替换和常规推理得出的方案均落入本发明保护范围。
实施例1
铝基碳化硼中子吸收材料的制备工艺，其特征在于，制备步骤如下：
(1) 铝粉预处理：将未处理铝粉放入烘箱中进行一次烘干，烘干温度为70℃，烘干时间10min，烘干完成后放入罐中，在罐中加入磨球，球料重量比为4:1，将罐密封后在行星式球磨机中，球磨机转速为400rpm，球磨时间为1h，球磨结束后进行二次烘干，烘干温度为60℃，烘干时间1H，烘干完成后自然冷却至常温，得到处理好的铝粉；
（2）B4C粉预处理：将未处理B4C粉放入烘箱中进行一次烘干，烘干温度为90℃，烘干时间20min，烘干完成后放入罐中，在罐中加入磨球，球料重量比为5:1，将罐密封后在行星式球磨机中，球磨机转速为500rpm，球磨时间为1.5h，球磨结束后进行二次烘干，烘干温度为70℃，烘干时间1.5H，烘干完成后自然冷却至常温，得到处理好的B4C粉；
（3）球磨混料：将处理好的铝粉和B4C粉以1：3的混合质量比例放入罐中，在罐中加入磨球，球料重量比为7:1，将罐密封后在行星式球磨机中，球磨机转速为750rpm，球磨时间为1.5h，得到混合料；
(4)压制素坯：将步骤（3）中的混合料倒入模具中，在40MPa的压力下保压10秒，压制成素坯；
(5)热压烧结：将步骤（4）中制得的素坯放入热压烧结炉中，在热压温度为700℃和压力为 130MPa的条件下热压烧结1h，随炉冷却后，即可得到中子吸收材料。
实施例2
铝基碳化硼中子吸收材料的制备工艺，其特征在于，制备步骤如下：
(1) 铝粉预处理：将未处理铝粉放入烘箱中进行一次烘干，烘干温度为90℃，烘干时间20min，烘干完成后放入罐中，在罐中加入磨球，球料重量比为4:1，将罐密封后在行星式球磨机中，球磨机转速为400rpm，球磨时间为1h，球磨结束后进行二次烘干，烘干温度为70℃，烘干时间2H，烘干完成后自然冷却至常温，得到处理好的铝粉；
（2）B4C粉预处理：将未处理B4C粉放入烘箱中进行一次烘干，烘干温度为100℃，烘干时间30min，烘干完成后放入罐中，在罐中加入磨球，球料重量比为5:1，将罐密封后在行星式球磨机中，球磨机转速为500rpm，球磨时间为1.5h，球磨结束后进行二次烘干，烘干温度为90℃，烘干时间2.5H，烘干完成后自然冷却至常温，得到处理好的B4C粉；
（3）球磨混料：将处理好的铝粉和B4C粉以1：5的混合质量比例放入罐中，在罐中加入磨球，球料重量比为7:1，将罐密封后在行星式球磨机中，球磨机转速为750rpm，球磨时间为2.5h，得到混合料；
(4)压制素坯：将步骤（3）中的混合料倒入模具中，在70MPa的压力下保压20秒，压制成素坯；
(5)热压烧结：将步骤（4）中制得的素坯放入热压烧结炉中，在热压温度为800℃和压力为150MPa的条件下热压烧结2h，随炉冷却后，即可得到中子吸收材料。
实施例3
铝基碳化硼中子吸收材料的制备工艺，其特征在于，制备步骤如下：
(1) 铝粉预处理：将未处理铝粉放入烘箱中进行一次烘干，烘干温度为80℃，烘干时间15min，烘干完成后放入罐中，在罐中加入磨球，球料重量比为4:1，将罐密封后在行星式球磨机中，球磨机转速为400rpm，球磨时间为1h，球磨结束后进行二次烘干，烘干温度为65℃，烘干时间1.5H，烘干完成后自然冷却至常温，得到处理好的铝粉；
（2）B4C粉预处理：将未处理B4C粉放入烘箱中进行一次烘干，烘干温度为95℃，烘干时间25min，烘干完成后放入罐中，在罐中加入磨球，球料重量比为5:1，将罐密封后在行星式球磨机中，球磨机转速为500rpm，球磨时间为1.5h，球磨结束后进行二次烘干，烘干温度为75℃，烘干时间2H，烘干完成后自然冷却至常温，得到处理好的B4C粉；
（3）球磨混料：将处理好的铝粉和B4C粉以1：4的混合质量比例放入罐中，在罐中加入磨球，球料重量比为7:1，将罐密封后在行星式球磨机中，球磨机转速为750rpm，球磨时间为2h，得到混合料；
(4)压制素坯：将步骤（3）中的混合料倒入模具中，在40-70MPa的压力下保压15秒，压制成素坯；
(5)热压烧结：将步骤（4）中制得的素坯放入热压烧结炉中，在热压温度为750℃和压力为 140MPa的条件下热压烧结1.5h，随炉冷却后，即可得到中子吸收材料。
采用双重预处理工艺在，混粉前先对两种粉末进行预处理，通过两次烘干一次球磨的工艺，使得粉末干燥性提高，有利于后续工序的进行，有助于提高最终产品的中子吸收材料致密度，进一步提高B4C粉体与铝粉之间的界面结合；保证粉料的均匀混合和成分的稳定，确保产品的性能稳定。
保证产品的高密度和高效、优质、稳定生产，确保目标产品的密度达2.77g/cm3，达到理论密度的99%，抗拉强度达到275MPa，断裂延伸率3.18%。

Claims (4)

1.铝基碳化硼中子吸收材料的制备工艺，其特征在于，制备步骤如下：
(1) 铝粉预处理：将未处理铝粉放入烘箱中进行一次烘干，烘干温度为70-90℃，烘干时间10-20min，烘干完成后放入罐中，在罐中加入磨球，球料重量比为4:1，将罐密封后在行星式球磨机中，球磨机转速为400rpm，球磨时间为1h，球磨结束后进行二次烘干，烘干温度为60-70℃，烘干时间1-2H，烘干完成后自然冷却至常温，得到处理好的铝粉；
（2）B4C粉预处理：将未处理B4C粉放入烘箱中进行一次烘干，烘干温度为90-100℃，烘干时间20-30min，烘干完成后放入罐中，在罐中加入磨球，球料重量比为5:1，将罐密封后在行星式球磨机中，球磨机转速为500rpm，球磨时间为1.5h，球磨结束后进行二次烘干，烘干温度为70-90℃，烘干时间1.5-2.5H，烘干完成后自然冷却至常温，得到处理好的B4C粉；
（3）球磨混料：将处理好的铝粉和B4C粉放入罐中，在罐中加入磨球，球料重量比为7:1，将罐密封后在行星式球磨机中，球磨机转速为750rpm，球磨时间为1.5-2.5h，得到混合料；
(4)压制素坯：将步骤（3）中的混合料倒入模具中，在40-70MPa的压力下保压10-20秒，压制成素坯；
(5)热压烧结：将步骤（4）中制得的素坯放入热压烧结炉中，在热压温度为700℃～800℃和压力为 130MPa～150MPa的条件下热压烧结1h～2h，随炉冷却后，即可得到中子吸收材料。
2.如权利要求1所述的铝基碳化硼中子吸收材料的制备工艺，其特征为，所述铝粉与B4C粉混合时的混合质量比例为1：3—5。
3.如权利要求1所述的铝基碳化硼中子吸收材料的制备工艺，其特征为，所述未处理铝粉为平均粒径为50μm的铝粉颗粒。
4.如权利要求1所述的铝基碳化硼中子吸收材料的制备工艺，其特征为，所述未处理B4C粉为平均粒径为100μm的B4C粉颗粒。
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