DE2643444C2 - Process for the production of a neutron shielding material - Google Patents
Process for the production of a neutron shielding materialInfo
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Description
a) Einfüllen eines gleichmäßigen Gemisches aus Borverbindungs- und Metallpulver in einen rechteckigen, an einer Seite offenen und an den restlichen Kanten verschweißten Metallkasten,a) Filling a uniform mixture of boron compound and metal powder into one rectangular metal box open on one side and welded on the remaining edges,
b) Einrütteln oder Verdichten des Pulvergemisches in dem Metallkasten,b) vibrating or compacting the powder mixture in the metal box,
c) Verschweißen der offenen Seite des Metallkastens mit einer Metallplatte,c) welding the open side of the metal box to a metal plate,
d) Aufwärmen des verschweißten Metallkastens auf425bis455°C,d) warming up the welded metal box to 425 to 455 ° C,
e) Warmwalzen bis die gewünschte Stärke des Abschirmwerkstoffs erreicht ist.e) Hot rolling until the desired thickness of the shielding material is achieved.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der verschweißte Metallkasten mit Öffnungen für den Luftaustritt Versehen wird, die gegebenenfalls bis zum Abwälzen durch Nieten verschlossen werden.2. The method according to claim 1, characterized in that the welded metal box with Openings for the air outlet are provided, which may be closed by rivets until rolling will.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Neutronen abfangendes Material Borcarbid verwendet wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the neutron-intercepting material Boron carbide is used.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Metallpulver Aluminium oder Magnesium verwendet wird.4. The method according to claim 1 to 3, characterized in that the metal powder or aluminum Magnesium is used.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallkasten aus einem Aluminiumwerkstoff hergestellt wird.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the metal box from an aluminum material is made.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallkasten aus Aluminiumblechen mit einer Stärke von zumindest 12,7 mm hergestellt wird.6. The method according to claim 5, characterized in that the metal box made of aluminum sheets is made with a thickness of at least 12.7 mm.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf nicht mehr als V30 der Anfangsstärke abgewalzt wird.7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that not more than V 30 of the initial thickness is rolled.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bis auf eine Stärke der Aluminiumbleche von nicht unter 0,25 mm gewalzt wird.8. The method according to claim 6, characterized in that up to a thickness of the aluminum sheets of not less than 0.25 mm is rolled.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Neutronen abschirmenden Werkstoffs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie er aus der Druckschrift Kerntechnik 3 (1961), Seite 271 bis 273 bekannt ist.The invention relates to a method for producing a neutron shielding material according to the preamble of claim 1, as known from the publication Kerntechnik 3 (1961), pages 271 to 273 is.
Der Neutronen abschirmende Werkstoff hat die Form eines dünnen starren Sandwichs oder Verbundmatenals mit Außenlagen vorzugsweise aus Aluminium und einem massiven Kern aus einem gleichmäßigen Gemisch von Metallteilchen und einem Neutronen absorbierenden oder cinfangenden Material, vorzugsweise Borcarbid B4C.The neutron shielding material has the form of a thin, rigid sandwich or composite material with outer layers preferably made of aluminum and a solid core made of a uniform mixture of metal particles and a neutron absorbing or trapping material, preferably boron carbide B 4 C.
Beim bekannten Verfahren (Kerntechnik 3 (1961), Seite 271 bis 273) wird Borcarbid und Aluminiumpulver gleichmäßig gemischt und mittels einer Presse in die gewünschte rechteckige Form gebracht. Dieser Kern wird in einen Aluminiumkasten eingeschweißt und bei etwa 500° C warmgewalzt Die Dicke der Deckbleche ist so bemessen, daß sich nach dem Walzen das gewünschte Verhältnis zwischen Kern und Plattierung ergibt. Auf das Warmwalzen folgt das Kaltwalzen und schließlich das Richten der Bleche in der Richtmaschine.In the known method (Kerntechnik 3 (1961), pages 271 to 273) boron carbide and aluminum powder are used evenly mixed and brought into the desired rectangular shape using a press. This core is welded into an aluminum box and hot-rolled at around 500 ° C. The thickness of the cover sheets is dimensioned so that the desired ratio between core and cladding results after rolling. on hot rolling is followed by cold rolling and finally straightening of the sheets in the straightening machine.
Ein Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß es art>eits- und energieintensiv ist, das Pulvergemisch inA disadvantage of this process is that it is kind and energy-intensive to put the powder mixture in
ίο einen selbsttragenden Formkörper zu verpressen. Weiterhin
ist es aufwendig, den Formkörper ohne verbleibende Hohlräume in einen Metallkasten einzuschweißen.
Ein älteres und ebenfalls aufwendiges Verfahren ist aus der US-PS 27 27 996 bekannt. Danach wird ein Metall,
z. B. Aluminium, geschmolzen und dann das Neutronen abfangende Material, vorzugsweise Borcarbid, in
die Schmelze eingebracht und darin gleichmäßig verteilt Diese wird dann abgekühlt, eine Metallumhüllüng
aufgebracht und auf die gewünschte Materialstärke gewalzt ίο to press a self-supporting molded body. Furthermore, it is expensive to weld the molded body into a metal box without remaining cavities.
An older and likewise complex process is known from US Pat. No. 2,727,996. Then a metal, e.g. B. aluminum, melted and then the neutron-intercepting material, preferably boron carbide, introduced into the melt and evenly distributed therein. This is then cooled, a metal coating is applied and rolled to the desired material thickness
Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein gegenüber dem Stand der Technik einfacheres und weniger energieaufwendiges Herstellungsverfahren zu finden.The object of the invention is to provide a simpler and less energy-intensive compared to the prior art Manufacturing process to find.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.This object is achieved by the features of claim 1. Advantageous developments are in characterized the subclaims.
Bei dem Verfahren wird ein rechteckiger Kasten aus Metall, vorzugsweise Aluminiumblech, an einer Seite offen gelassen, während die anderen Kanten geschweißt sind. Ein Gemisch aus Neutronen abfangendem Borcarbid und Metallpulver, vorzugsweise Aluminium, wird unter möglichst vollständiger Gleichmäßigkeit in den Kasten eingefüllt. Um Hohlräume zu vermeiden, wird der Kasten seitlich mit z. B. einem Hammer angeschlagen, um das Pulvergemisch einzurüttcln. Der Kasten muß vollständig mit Pulvergemisch gefüllt sein. Dann wird die Platte auf den offenen Teil aufgesetzt und am Umfang angeschweißt. Um das Entweichen der Luft aus dem Kasten zu gestatten, werden an einem oder beMen Enden öffnungen vorgesehen.The method uses a rectangular box made of metal, preferably sheet aluminum, on one side left open while the other edges are welded. A mixture of boron carbide that traps neutrons and metal powder, preferably aluminum, is poured into the with as complete a uniformity as possible Box filled. To avoid cavities, the box is laterally marked with z. B. struck a hammer, to shake in the powder mixture. The box must be completely filled with the powder mixture. then the plate is placed on the open part and welded to the circumference. To get the air out To permit the box, openings are provided at one or both ends.
Der Kasten wird nun auf eine Temperatur unter dem Schmelzpunkt des Metallpulvers, nämlich auf 425 bis
455°C, gebracht und anschließend auf die gewünschte Materialstärke abgewalzt Durch das Warmwalzen werden
die Teilchen des Metalls und Borcarbids metallurgisch gebunden oder gesintert, so daß das Material bei
seiner Anwendung seine Eigenschaften beibehält.
In der Figur ist der Kasten vor dem Abwälzen gezeigt.
Der anfänglich an einer Seite offene Kasten ist mit 10 bezeichnet. Es können Kästen unterschiedlicher Größe
verwendet werden und das Abwälzen kann auf verschiedene Materialstärke stattfinden. So kann man beispielsweise
einen Kasten mit Außenmaßen von 102 · 483 · 940 mm zusammenschweißen aus zwei Platten
12 (12,7 · 483 · 940 mm), zwei Seitenstreifen 14 (12,7 · 76,2 · 940 mm) und zwei Streifen 16
(12,7 ' 76,2 · 457 mm). Für einwandfreie Verschweißung sollten die Kanten glatt sein, so daß die Platten aus
größeren Blechen geschnitten werden sollen.The box is now brought to a temperature below the melting point of the metal powder, namely to 425 to 455 ° C, and then rolled to the desired material thickness Application retains its properties.
In the figure, the box is shown before rolling. The box, which is initially open on one side, is denoted by 10. Boxes of different sizes can be used and the rolling can take place on different material thicknesses. For example, a box with external dimensions of 102 x 483 x 940 mm can be welded together from two plates 12 (12.7 x 483 x 940 mm), two side strips 14 (12.7 x 76.2 x 940 mm) and two strips 16 (12.7 '76.2 x 457 mm). For perfect welding, the edges should be smooth so that the plates should be cut from larger sheets.
Es wird dann der Kasten zusammengeschweißl und nur eine öffnung von 76,2 · 457 mm freigelassen. Für das Schweißen ist es erforderlich, daß alic Flächen blank und sauber sind.The box is then welded together and only an opening of 76.2 x 457 mm is left free. For Welding requires that alic surfaces are bright and clean.
Die Verschweißung erfolgt bei ununterbrochenem, sauberern, ebenem Fließen. Schweißfehler werden nicht zugelassen, da diese eine strukturelle Schwächung des Kastens bewirken würden und es möglicherweise zuThe welding takes place with uninterrupted, clean, even flow. Welding defects will not admitted as this would weaken the box structurally and possibly cause it to
einem Aufbrechen beim Walzen kommtcracking occurs when rolling
Nun wird die Füllung für den Kasten hergestellt Das Neutronen abfangende Material ist vorzugsweise Borcarbidpulver oder -korn mit einer Teilchengröße von 74 μηι bis 0,84 mm und das Metallpulver ist z. B. Alumi- s nium. In der Praxis werden Abschirmmaterialien unterschiedlichen Wirkungsgrades mit verschiedenen Anteilen von Neutronen einfangendem Material und Metallpulver hergestellt, z. B. mit 35 oder 50 VoL-0Zb Neutronen abfangendem Material.Now the filling for the box is made. The neutron intercepting material is preferably boron carbide powder or grain with a particle size of 74 μm to 0.84 mm and the metal powder is z. As nium aluminum s. In practice, shielding materials of different efficiency are made with different proportions of neutron trapping material and metal powder, e.g. B. with 35 or 50 vol- 0 Zb neutron intercepting material.
Das Pulvergemisch muß vollständig gleichmäßig sein, so daß man die beiden Materialien erst vormischen sollte. Daü Gemisch wird dann mit einer Schaufel in den Kasten gefüllt und etwas eingerütteit oder verdichtet, wozu innan zweckmäßigerweise die Seiten mit einem Hammer anschlägt oder den Kasten auf einem Rütteltisch vibriert Schließlich wird der offene Teil des Kastens mit der bereitgestellten Metallplatte abgedeckt und diclht verschweißtThe powder mixture must be completely uniform, so the two materials should be premixed first. The mixture is then filled into the box with a shovel and a little poured in or compacted, for which purpose innan strikes the sides with a hammer or the box on a vibrating table vibrated Finally, the open part of the box is covered with the provided metal plate and tightly welded
Nun werden öffnungen 18 an den Stirnseiten des Kaslens z. B. 3 Löcher mit 6,3 mm 0 eingebohrt und vorläufig durch Einsetzen von entsprechenden Aluminiumnieten verschlossen. Diese Nieten verstopfen die öffnungen und halten das Pulvergemisch im Kasten bis zum Walzen.Now openings 18 are made on the front sides of the box z. B. 3 holes with 6.3 mm 0 drilled and provisionally by inserting appropriate aluminum rivets locked. These rivets clog the openings and hold the powder mixture up in the box for rolling.
Vor .:lem Walzen werden dann die Nieten herausgenommen, so daß die Luft entweichen kann. Die so vorbereiteten Kästen werden in einen Ofen eingesetzt und mit Hilfe von Abstandhaltern von vorzugsweise 25,4 mm einer allseitigen gleichmäßigen Erwärmung zugeführt Die Ofentemperatur wird auf 4700C gehalten, das Aufwärmen der Kästen dauert etwa 12 h, bis eine Durchwärmung von 425—455°C erreicht ist.Before rolling, the rivets are then removed so that the air can escape. The boxes prepared in this way are placed in an oven and heated uniformly on all sides with the help of spacers of preferably 25.4 mm. The oven temperature is kept at 470 ° C., the boxes take about 12 hours to warm up to 425-455 ° C has been reached.
Beim Abwälzen sollte die Walztemperatur nur derart sein, wie man sie von einer normalen Aufwärmplatte erhält Es wird gerade durchgewalzt bis auf eine Länge von etwa 1,346 m, dann wird der Gegenstand um 90° gedreht und schließlich auf Endmaß über die Breitseite /1.When rolling, the rolling temperature should only be that of a normal warming plate It is rolled straight through to a length of about 1.346 m, then the object is turned 90 ° turned and finally to the final dimension over the broad side / 1.
Borcarbid und wird gewogen, um seinen Gehalt in dem ursprünglichen Kernmaterial zu bestimmen.Boron carbide and is weighed to determine its content in the original core material.
Es ist offensichtlich, daß beim Abwälzen nicht nur die Stärke des Pulvergemisches Borcarbid mit Aluminium verringert wird, sondern auch der Platten 12. Abhängig von der Endstärke des Verbundmaterials haben dann die Aluminiumplatten eine Stärke von etwa 04— 1 rnm. Der Kern des Verbundmaterials ist molekular gebunden und auch der Kern selbst ist an den Innenflächen des Kastens molekular gebunden.It is obvious that not only the Strength of the powder mixture boron carbide with aluminum is reduced, but also of the plates 12. Depends on of the final thickness of the composite material, the aluminum plates then have a thickness of about 04-1 mm. The core of the composite material is molecularly bound and also the core itself is on the inner surfaces of the Box molecularly bound.
Die genauen Abmaße können nach Wunsch variiert werden, jedoch sollte die Stärke des Materials auf nicht mehr als V30 der Ausgangsstärke verringert werden. Die Aluminiumplatten an den Flächen des Abschirmmaterials sollten nicht dünner als 0,25 mm sein.The exact dimensions can be varied as desired, but the thickness of the material should not be more than V30 the output strength can be reduced. the Aluminum plates on the surfaces of the shielding material should not be thinner than 0.25 mm.
Anstelle von Aluminiumpulver kann man auch Magnesiumpulver verwenden.Magnesium powder can also be used instead of aluminum powder.
Das' Neutronenabschirmmaterial wird in zwei Starkcn gefertigt, nämlich 3,175 und 6,35 mm. Diese Endmaße werden in zumindest 8 Durchzügen erreicht.The neutron shielding material comes in two strengths manufactured, namely 3.175 and 6.35 mm. These final dimensions are achieved in at least 8 draws.
Nun wird das Abschirmmaterial gerichtet. Dies kann in der Wärme unter Last geschehen oder mit Hilfe von kleinen Bandabziehvorrichtungen. Das Richten in der Wärme wird jedoch bevorzugt. Dazu wird das Abschirmmaterial in Stapeln unter hohen Gewichten in einem Ofen bei einer Temperatur von etwa 425°C ausreichend lang gehalten, daß je 25,4 mm der Platte eine Stunde kommt. Sind dann noch nicht alle Platten gerichtct, so werden die fertiggerichteten Platten ausgetragen und der Rest nochmals gerichtet.The shielding material is now straightened. This can be done in the heat under load or with the help of small tape pullers. However, heat straightening is preferred. The shielding material is used for this in stacks under heavy weights in an oven at a temperature of about 425 ° C is sufficient held long that every 25.4 mm of the plate comes one hour. If not all plates are straightened then, in this way the ready-made panels are discharged and the rest are straightened again.
Anschließend wird auf die erwünschten Abn.aße beschnitten. Dies geschieht im allgemeinen mit einer Blechschere. Wider Erwarten läßt sich das Abschirmmalcrial leicht beschneiden und führt zu keinem übermäßigen Verschleiß der Schneiden. Durch den Kern des Verbundm.iterials erhält man sehr gute Schnittkanten im Gegensatz zu einem Beschneiden von 6,35 mm Aluminium, eoThen it is cut to the desired dimensions. This is generally done with a Tin snips. Against all expectations, the shielding painting can be easily and does not lead to excessive wear of the cutting edges. Through the core of the compound material you get very good cut edges in contrast to a trimming of 6.35 mm aluminum, eo
im allgemeinen muß das Abiumnnmaici iai noch geprüft und mit einem Zertifikat versehen werden. Das bedeutet, daß jede Charge analysiert werden muß. Dazu wiegt man etwa 5 g des Gemisches Borcarbid und Aluminium aus, löst diese Probe in 100 cm3 Wasser und 100 cm;i Salzsäure 1 :1 p. a. und filtriert diese Lösung in einen Goochtiegel. Dann wird das filtrierte Material 1 h bei 315'C im Exsikkator getrocknet. Der Rückstand ist Hierzu 1 Blatt ZeichnungenIn general, the Abiumnnmaici iai still has to be checked and given a certificate. This means that every batch has to be analyzed. To do this, weigh out about 5 g of the mixture of boron carbide and aluminum, dissolve this sample in 100 cm 3 of water and 100 cm ; i hydrochloric acid 1: 1 pa and filter this solution into a Gooch crucible. The filtered material is then dried in a desiccator at 315 ° C. for 1 hour. The backlog is 1 sheet of drawings
Claims (1)
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Publications (2)
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Family Applications (1)
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Cited By (1)
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- 1976-09-27 DE DE19762643444 patent/DE2643444C2/en not_active Expired
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