CN1212908C - 含有细晶体铀箔的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种不进行单独热处理制造含有细晶体颗粒的U-(A)Q-(B)X-(C)Y的多晶铀箔的制造方法。铀(U)和铀合金箔是由熔体直接得到，不通过真空感应熔炼和铸造、铸锭切割、热轧和热处理加工，而是通过熔融旋压或双辊铸造加工得到。已得到的主要优点如下：1)不必热轧加工和热处理加工的简单方法；2)在箔制造中提高产率和改善生产成本；3)高纯度和高质量的箔。
Description
技术领域
本发明主要涉及一种使用冷却辊从熔体中快速固化含有细晶体颗粒的铀箔的制造方法和制造装置。更详细地说，本发明涉及低或高浓缩铀和铀合金箔，其制造装置和制造方法，其中铀(U)和铀合金[U-(A)Q-(B)X-(C)Y(Q：Al、Fe、Ni、Si、Cr、Zr元素，X：Al、Fe、Ni、Si、Cr、Zr元素，Y：Al、Fe、Ni、Si、Cr、Zr元素，Q≠X≠Y，(A)≤1％(重量)，(B)≤1％(重量)，(C)≤1％(重量))]箔是从熔体中直接铸造得到，不通过真空感应熔炼和铸造、铸锭切割、热轧和热处理加工，而是通过双辊铸造加工。
背景技术
一般地，铀箔的常规制造方法有如下不利的复杂过程：经过将铀或铀合金保存在大约1300℃的真空感应炉子中后，将其进行铸造；切割所得的杆状铸锭成适合的尺寸以便在600℃或更高温度下热轧；通过多次压炼，厚的铸锭逐渐变薄制造成为100-200μm厚的铀箔；最后在800℃下热处理并淬火制得的铀箔以获得要求达到的尺寸和取向。
因为铀是活性物质，在常规的方法中必须在真空或惰性气体中加热和压炼，通过多次重复热轧来获得适合厚度的铀箔。由于热轧方法花费长的时间，生产率较低。在热处理后必须进行洗涤/干燥处理以除去表面的杂质。为了获得在辐射中具有更稳定性能的细晶体结构，必须进行热处理和淬火。铀或铀合金的高硬度和低延性使它难以滚压成为箔。在加工中由于剩余的应力，使箔易于裂开导致低收率。由于比常规方法有更高的生产率和收率，因此认为本发明提高了生产铀箔的效益。
与此同时，由热轧产生的具有过多剩余应力的铀箔在热循环和辐射中会变形或毁坏。另外，在热循环中，这些变形区域或产生的裂缝可作为穿透途径，通过该穿透途径能使铀和涂层(如Al或Ni，作为防止铀和在辐射冲击板中的固定管之间的反应的保护剂)之间发生互扩散反应。
发明内容
本发明目的是减轻以上描述的问题。使铀熔体通过双辊铸造制造低或高浓缩铀和铀合金箔，无需热轧加工和热处理加工。可预期，由于工艺的简化提高了生产率和加工效益以及由于在箔上没有任何剩余应力而得到较好的质量。
因此，通过提供由双辊铸造快速固化的铀箔，以及制造所述铀箔的装置及方法可实现本发明的上述目标。
更具体地将，通过提供制造所述铀箔的装置和方法能实现本发明，其中称量低或高浓缩铀和掺杂元素材料，然后装进一个装备有开槽的耐火材料槽的耐热坩埚中。将所述坩埚放在能通过真空泵系统维持在10-3托或更高真空度的真空室内部。然后，通过高频率电功率熔融所述铀和掺杂元素。将合金熔体进料通过槽到达两边有挡板和两个用电动马达驱动的旋转辊筒处，通过用冷却辊挤压部分固化的熔体形成了薄箔。用提供的惰性冷气体对生产的箔进行进一步的冷却。
在另一个方面，本发明涉及的是一种不进行单独热处理制造含有细晶体颗粒的U-(A)Q-(B)X-(C)Y的多晶铀箔的方法，其中(A)、(B)和(C)各自≤1％重量，所述方法包括以下步骤：
将铀和掺杂元素材料Q、X和Y装进耐热坩埚中，其中所述掺杂元素材料Q、X和Y各自不同且代表选自Al、Fe、Ni、Si、Cr和Zr的微量元素；
将所述坩埚放在真空度为10-3托或更高的真空室中；
将所述坩埚加热至比合金的熔融温度高出200℃的温度使合金过热并熔融以形成合金熔体；
将所述合金熔体通过开槽排到转速为300rpm的旋转辊筒上；和
将所述排出的合金熔体在惰性冷气体的气氛中以冷却速度大于103℃/s快速冷却。
附图说明
由以下参照附图的详细描述，将会更加清晰地理解本发明的上述目的、特征和优点，其中：
图1显示了根据本发明用以制造铀箔的装置的构造的示意图。
参考图1，那是根据本发明用双辊制造铀箔的装置。
具体实施方式
本发明的装置包括：耐热坩埚(2)，有开槽的耐火材料槽(1)，连接到高频发生装置(没显示)以提高坩埚(2)的温度的感应线圈(3)，用以对室(4)抽真空以达到适合的真空度的真空泵系统(5)，安装在室(4)内的辊筒(6)，用以防止铀熔体从坩埚流出后温度迅速降低和引导铀熔体进入辊筒(6)的具有电阻加热器(没显示)的侧挡板，用以提供冷气进入室(4)内的进气阀(7)，和用来收集制造的箔的回收箱(8)。
将铀和掺杂元素装入安装在室(4)上部的耐热坩埚(2)的较低部分。在所述坩埚中还装有塞子(9)。通过高频率发生装置，安装在耐热坩埚(2)周围的感应线圈(3)将装入的物质过热至比熔融温度高出约200℃。
真空泵系统(5)可以对室(4)抽真空至10-3托或更高的适合真空度，所述真空泵系统连接到室(4)的一侧面上。
辊筒(6)和开槽(1)一样安装在室(4)的腰面上。同时，通过电动马达(没显示)操作所述辊筒使合金熔体浇注通过开槽(1)制造铀箔。所述预热侧挡板(没显示)防止铀熔体从坩埚流出后温度迅速降低和引导铀熔体到辊筒(6)。
所述合金熔体进料通过开槽(1)，通过用电动马达驱动的旋转辊筒制造成为铀箔，所得的箔在氩或氦冷却气体下快速冷却。
连接到室(4)的进气阀(7)进料惰性氩或氦冷却气体到室(4)内以快速冷却通过冷却辊(6)制造的铀箔。
通过进气阀(7)流进室(4)的惰性氩或氦冷却气体通过安装在室(4)上部的气体喷嘴喷射到室(4)中。
在室(4)底部的回收箱(8)收集在室(4)中制造的薄箔(10)。
根据以下的实施例可获得对本发明更好的理解，以下实施例的阐述是为了说明，而不应理解为对本发明的限定。
实施例1
为了制造低或高浓缩铀箔，把铀材料装入具有开槽(1)的耐热坩埚(2)中。把坩埚(2)和绝缘材料(没显示)按适当次序装配在制造装置中。
然后，通过真空泵系统(5)把装置中装备有坩埚(2)的钢室抽真空到10-3托或更高。
操作高频发生器(3)使所述坩埚中所装物质过热至比铀的熔融温度高出约200℃。
当用电动马达驱动的辊筒(6)的转速稳定在约300rpm时，把放在坩埚(2)中的塞子(9)向上举起，排出合金熔体。
流出的合金熔体通过1mm宽的开槽(1)，然后进到已预热的侧挡板(没显示)中间和转速为约300rpm的辊筒(6)处以形成薄箔(10)。
然后，操作进气阀(7)以提供给室(4)惰性冷气体，这样通过辊筒(6)制造的箔(10)被快速固化(速度大于103℃/s)。
因为通过这种快速固化作用直接得到含有细和无规取向的晶体的铀箔，不需要对所述箔进行热处理和从约800℃淬火形成细晶体。把所述铀箔收集在安装在室(4)底部的回收箱(8)中。
在回收箱(8)中的箔大约有125μm厚，回收到约90％收率的具有可接受厚度的箔。
将按前面的描述制备的一片铀箔和其它组分装配一起制作辐射冲击板，以便装入反应器中产生裂变同位素99Mo(为99mTc的唯一母体核素)，99Mo是极其有用的医疗诊断工具。
实施例2
该发明应用于作为辐射冲击板的低或高浓缩铀[U-(A)Q-(B)X-(C)Y(Q：Al、Fe、Ni、Si、Cr、Zr元素，X：Al、Fe、Ni、Si、Cr、Zr元素，Y：Al、Fe、Ni、Si、Cr、Zr元素，Q≠X≠Y，(A)≤1％(重量)，(B)≤1％(重量)，(C)≤1％(重量))]箔的铀合金。
为了制造U-500ppm Fe-1200ppm Al-500ppm Ni合金箔，根据要求的合金组成，适当地称量铀和包括Fe、Al和Ni的掺杂元素，并装在所述坩埚中。使用在制造铀箔的过程中描述的真空泵系统(5)将所述钢室(4)抽真空到10-3托或更高。
同样的，当把坩埚(2)和绝缘材料(没显示)按适当的顺序安装在所述装置中时，操作高频发生器(3)使所述坩埚中所装的物质过热至比铀合金的熔融温度高出约200℃。
当通过电动马达驱动的辊筒(6)的转速稳定在约300rpm时，把放在坩埚(2)中的塞子(9)向上举起，排出合金熔体。
使流出的合金熔体通过1.2mm宽的开槽(1)，然后进到已预热的侧挡板(没显示)中间和约300rpm高速旋转的辊筒(6)处以形成薄箔(10)。
然后，操作进气阀(7)将惰性冷气体注射入室(4)内，由此通过辊筒(6)制造的箔(10)被快速固化(103℃/s或更快)。
因为通过这种快速固化作用直接获得含有细和无规取向晶体的铀合金箔，不需要对所述经过热轧的箔进行热处理和从约800℃淬火形成细晶体。把所述铀合金箔收集在安装在室(4)底部的回收箱(8)中。
在回收箱(8)中的箔大约有150μm厚，回收到约90％收率的具有可接受厚度的箔。
将按前面的描述制备一片铀箔和其它组分装配在一起制作辐射冲击板，以便装入反应器中产生裂变同位素99Mo(为99mTc的唯一母体核素)，99Mo是极其有用的医疗诊断工具。
常规的制造方法包括真空感应熔炼加工、重复热轧加工、除去杂质(如表面氧化物)的洗涤/干燥加工和为了获得各向同性的细晶体的热处理加工，因此与常规的制造方法比较，本发明大大简化了铀合金箔的制造工艺。
因为将所述铀或铀合金熔体快速冷却直接制造铀箔，所以可容易地制造由于它的高韧性难以压炼的铀或铀合金。
长期以来，为了调整铀铸锭的厚度，必需进行重复的麻烦的常规热杂加工。相反，使用本发明，在几分钟内能立即铸造所述合金熔体以制造大量的箔，因此具有高的生产率。
另外，因为所述铀缺乏延性，由于在热轧过程中产生的诱导应力，铀箔可能会被毁坏或裂开，这导致低收率和降低经济效益。
然而，通过本发明快速固化的箔制造方法具有90％或更高的收率，通过本发明的方法，在几分钟内能直接制造出几千克的箔。所述箔制造方法，使用预热侧挡板和冷却辊筒有利于控制箔的宽度。因此，铀的收率非常高并且由于浓缩铀很昂贵，其经济利润也很令人满意。
此外，用双辊筒制造的箔比通过对铀板重复热轧得到的箔具有较小的应力。因此，能防止通过热循环产生的箔在所述辐射加工中变形或裂开。变形区域或裂缝中的缺陷能作为在冲击板的涂层中的元素的穿透路径。在涂层和冲击板间的相互作用将通过缺陷或裂缝增强。然而，通过本发明制造的箔没有这样的路径。
一般地，铀箔在反应器中的辐射期间经历了大量的各向异性成长，然而，本发明的铀箔具有无规取向的均相和精细的晶粒，如此可防止在辐射中所述铀箔过分成长。
已经通过举例说明对本发明进行了描述，应理解所用的术语是为了说明而非限定。根据上述技术可以对本发明作出许多修改和变体。因此，应理解在附加的权利要求的范围内，可以在具体描述的范围外实施本发明。
Claims (1)
1.一种不进行单独热处理制造含有细晶体颗粒的U-(A)Q-(B)X-(C)Y的多晶铀箔的方法，其中(A)、(B)和(C)各自≤1％重量，所述方法包括以下步骤：
将铀和掺杂元素材料Q、X和Y装进耐热坩埚中，其中所述掺杂元素材料Q、X和Y各自不同且代表选自Al、Fe、Ni、Si、Cr和Zr的微量元素；
将所述坩埚放在真空度为10-3托或更高的真空室中；
将所述坩埚加热至比合金的熔融温度高出200℃的温度使合金过热并熔融以形成合金熔体；
将所述合金熔体通过开槽排到转速为300rpm的旋转辊筒上；和
将所述排出的合金熔体在惰性冷气体的气氛中以冷却速度大于103℃/s快速冷却。
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