RU2259258C1 - Method of production of carbon-graphite articles - Google Patents

Method of production of carbon-graphite articles Download PDF

Info

Publication number
RU2259258C1
RU2259258C1 RU2004116879/02A RU2004116879A RU2259258C1 RU 2259258 C1 RU2259258 C1 RU 2259258C1 RU 2004116879/02 A RU2004116879/02 A RU 2004116879/02A RU 2004116879 A RU2004116879 A RU 2004116879A RU 2259258 C1 RU2259258 C1 RU 2259258C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
temperature
polymerization
binder
carbonization
carbon
Prior art date
Application number
RU2004116879/02A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
В.П. Исаков (RU)
В.П. Исаков
Л.Г. Чумак (RU)
Л.Г. Чумак
С.Т. Щетникова (RU)
С.Т. Щетникова
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "Луч"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "Луч" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "Луч"
Priority to RU2004116879/02A priority Critical patent/RU2259258C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2259258C1 publication Critical patent/RU2259258C1/en

Links

Landscapes

  • Ceramic Products (AREA)

Abstract

FIELD: production of carbon-graphite articles; powder metallurgy; production of fuel compacts.
SUBSTANCE: proposed method includes mixing the graphite powder with binder, molding, polymerization and carbonization of binder followed by high-temperature treatment of blanks and extraction of them from mold. Used as binder is phenol formaldehyde resin. In the course of polymerization, molding pressure is reduced to zero and upon completion of polymerization process, temperature of blanks is risen to temperature below temperature of beginning of carbonization by 40-50°C; blanks are extracted from mold before carbonization.
EFFECT: reduction of rejects.
3 cl, 2 tbl, 4 ex

Description

Изобретение относится к области получения углеграфитовых материалов и может быть использовано в технологии ядерного топлива и порошковой металлургии.The invention relates to the field of carbon-graphite materials and can be used in nuclear fuel technology and powder metallurgy.

В настоящее время углеграфитовые материалы нашли применение в высокотемпературных газоохлаждаемых реакторах (ВТГР), в которых тепловыделяющие элементы (твэлы) выполнены в виде углеграфитовой матрицы, содержащей микротвэлы (МТ). МТ представляет собой керн ядерного топлива диаметром 0,2-0,5 мм, покрытый оболочками и пироуглерода и карбида кремния.Currently, carbon-graphite materials have found application in high-temperature gas-cooled reactors (VTGR), in which the fuel elements (fuel rods) are made in the form of a carbon-graphite matrix containing microfuel (MT). MT is a core of nuclear fuel with a diameter of 0.2-0.5 mm, coated with shells and pyrocarbon and silicon carbide.

После предварительного смешивания МТ, графитового порошка и связующего (каменноугольный пек, фенолформальдегидная смола и др.), заготовки твэлов прессуют и далее подвергают термообработке, в процессе которой происходит полимеризация связующего, карбонизация связующего за счет пиролиза с выделением твердого коксового остатка и газообразных продуктов пиролиза (фенол, оксид углерода, водород и др.). Последней стадией термообработки является нагрев до 1800°С для окончательного удаления газообразных продуктов.After preliminary mixing of MT, graphite powder and a binder (coal tar pitch, phenol-formaldehyde resin, etc.), the fuel blanks are pressed and then subjected to heat treatment, during which the binder is polymerized, the binder is carbonized by pyrolysis with the release of solid coke residue and gaseous pyrolysis products ( phenol, carbon monoxide, hydrogen, etc.). The last stage of heat treatment is heating to 1800 ° C for the final removal of gaseous products.

В процессе получения углеграфитовых изделий на стадии карбонизации происходит уплотнение заготовок с соответствующим уменьшением их размеров. Так, для получения цилиндрических углеграфитовых изделий диаметром 12,5 мм и высотой 50 мм используют пресс-формы с внутренним диаметром 12,8-12,9 мм, а прессование по высоте заготовок проводят до размера 51-52 мм. При этом извлечение заготовок из пресс-формы происходит со значительными усилиями, т.к. при извлечении заготовок связующее находится в твердом состоянии и вся заготовка обладает упругим последействием. Усилие извлечения заготовки составляет 10-15 МПа, что может приводить к «запоминанию» этих нагрузок заготовками и искривлению заготовок на стадиях полимеризации и карбонизации.In the process of obtaining carbon-graphite products at the stage of carbonization, the workpieces are compacted with a corresponding reduction in their size. So, to obtain cylindrical carbon-graphite products with a diameter of 12.5 mm and a height of 50 mm, molds with an inner diameter of 12.8-12.9 mm are used, and pressing along the height of the workpieces is carried out to a size of 51-52 mm. In this case, the extraction of blanks from the mold occurs with considerable effort, because when removing the blanks, the binder is in the solid state and the entire blank has an elastic aftereffect. The effort to extract the workpiece is 10-15 MPa, which can lead to the “storage" of these loads by the workpieces and the curvature of the workpieces at the stages of polymerization and carbonization.

Упругое последействие боковой поверхности цилиндрических изделий объясняется тем, что в процессе прессования давление действует со стороны верхнего и нижнего оснований, а высота заготовки уменьшается в два раза. Вследствие перераспределения напряжений сжатия и возникают напряжения растяжения на боковой поверхности заготовок.The elastic aftereffect of the lateral surface of cylindrical products is explained by the fact that during the pressing process, the pressure acts from the upper and lower bases, and the height of the workpiece is halved. Due to the redistribution of compression stresses, tensile stresses arise on the side surface of the workpieces.

Искривление заготовок можно компенсировать путем нанесения на полученную заготовку дополнительного слоя из зерен кокса с последующей термообработкой до 2000°С (патент ФРГ №3435863 от 29.04.84 г., МКИ G 21 C 3/22, 21/04). Недостаток способа заключается в сложности дополнительной технологической операции.The curvature of the preforms can be compensated by applying an additional layer of coke grains to the resulting preform, followed by heat treatment up to 2000 ° C (German patent No. 3435863 dated 04.29.84, MKI G 21 C 3/22, 21/04). The disadvantage of this method is the complexity of the additional process steps.

Наиболее близким по технической сущности к решаемой задаче является способ получения углеграфитовых изделий путем проведения всех процессов термообработки (полимеризации, карбонизации, высокотемпературной обработки) в пресс-формах под давлением (заявка на патент ФРГ №19837969 от 21.08.98 г., МКМ G 21 C 21/00). Недостаток способа заключается в сложности аппаратурного оформления, что обуславливает невозможность применения способа при массовом выпуске изделий.The closest in technical essence to the problem being solved is the method of producing carbon-graphite products by carrying out all heat treatment processes (polymerization, carbonization, high-temperature processing) in injection molds (application for the FRG patent No. 19837969 from 08.21.98, MKM G 21 C 21/00). The disadvantage of this method is the complexity of the hardware design, which makes it impossible to use the method for mass production of products.

В основу настоящего изобретения положена задача упрощения технологических операций при получении углеграфитовых изделий.The basis of the present invention is the task of simplifying technological operations upon receipt of carbon-graphite products.

Согласно изобретению задача решается тем, что смешивают порошок графита со связующим, прессуют, проводят полимеризацию, карбонизацию связующего, высокотемпературную обработку и извлечение заготовок из пресс-формы, при этом извлечение заготовок из пресс-формы проводят перед операцией карбонизации, причем в процессе полимеризации давление прессования снижают до нуля, после чего поднимают температуру до значения на 40-50°С ниже температуры начала карбонизации. Кроме того, полимеризацию проводят в температурном интервале 70-130°С, а давление прессования снимают во время окончания полимеризации при температуре 130°С, и проводят дальнейший подъем температуры до 190-200°С. Предложенный способ отличается от известного последовательностью операций, а также новым признаком операции полимеризации.According to the invention, the problem is solved in that graphite powder is mixed with a binder, pressed, polymerization, binder carbonization, high-temperature processing and removal of preforms from the mold are carried out, while removing preforms from the mold is carried out before the carbonization operation, and during the polymerization, the pressing pressure reduce to zero, and then raise the temperature to a value of 40-50 ° C below the temperature of the onset of carbonization. In addition, the polymerization is carried out in the temperature range of 70-130 ° C, and the pressing pressure is removed during the end of the polymerization at a temperature of 130 ° C, and a further rise in temperature to 190-200 ° C. The proposed method differs from the known sequence of operations, as well as a new sign of the polymerization operation.

Авторы изобретения на основании выполненных исследований нашли, что при использовании в качестве связующего фенолформальдегидной смолы процесс ее полимеризации происходит в температурном интервале 70-130°С. При снятии давления прессования (обычно 10 МПа) в момент окончания полимеризации (130°С) и дальнейшем подъеме температуры до значения 190-200°С (на 40-50°С ниже температуры начала карбонизации 240°С) происходит уменьшение диаметра изделия на 0,07-0,09 мм по сравнению с внутренним диаметром пресс-формы. Таким образом, извлечение изделия из пресс-формы происходит без всяких усилий, что обеспечивает сохранность цилиндрической формы образца на последующих стадиях термообработки.The inventors based on the studies found that when using phenol-formaldehyde resin as a binder, the process of its polymerization occurs in the temperature range of 70-130 ° C. When the pressing pressure is removed (usually 10 MPa) at the moment of polymerization completion (130 ° С) and the temperature rises further to 190-200 ° С (40-50 ° С lower than the carbonization onset temperature 240 ° С), the product diameter decreases by 0 , 07-0.09 mm compared to the inner diameter of the mold. Thus, the product is removed from the mold without any effort, which ensures the preservation of the cylindrical shape of the sample at subsequent stages of heat treatment.

Смысл изобретения заключается в том, что в процессе полимеризации смолы происходит сжатие заготовки, в определенной степени аналогичное сжатию в процессе карбонизации.The meaning of the invention lies in the fact that during the polymerization of the resin, the workpiece is compressed, to a certain extent, similar to compression in the carbonization process.

Предлагаемый способ осуществляли в двух вариантах: смешивали порошок графита со связующим для дальнейшего получения углеграфитовых изделий и смешивали порошок графита со связующим и микротвэлами (МТ) для дальнейшего получения топливных компактов (аналогией твэлов).The proposed method was carried out in two versions: mixed graphite powder with a binder for further production of carbon-graphite products and mixed graphite powder with a binder and microfuel (MT) for further production of fuel compacts (by analogy of fuel elements).

Использовали графит марки МПГ-КС с размерами частиц 5-100 мкм, в качестве связующего - фенолформальдегидную смолу. МТ представляли собой сферы диаметром 0,7 мм, содержащие топливный керн диаметром 0,2 мм и четыре оболочки: пироуглерода плотностью 1,0 г/см3, пироуглерода плотностью 1,8 г/см3, карбида кремния плотностью 3,2 г/см3, пироуглерода плотностью 1,8 г/см3.Used graphite grade MPG-KS with particle sizes of 5-100 microns, as a binder - phenol-formaldehyde resin. MTs were spheres with a diameter of 0.7 mm, containing a fuel core with a diameter of 0.2 mm and four shells: pyrocarbon with a density of 1.0 g / cm 3 , pyrocarbon with a density of 1.8 g / cm 3 , silicon carbide with a density of 3.2 g / cm 3 , pyrocarbon with a density of 1.8 g / cm 3 .

В табл. 1, 2 даны примеры получения углеграфитовых изделий и топливных компактов по предложенному способу (do - внутренний диаметр пресс-формы, d2 - диаметр заготовки, извлеченной из пресс-формы перед процессом карбонизации по предложенному способу, to, ро - соответственно температура и давление прессования, p1, t1, t2, р2, t3, р3 - соответственно температуры и давления в процессе полимеризации, t4 - температура окончания процесса по предложенному способу.In the table. 1, 2 give examples of the production of carbon-graphite products and fuel compacts according to the proposed method (d o is the inner diameter of the mold, d 2 is the diameter of the workpiece extracted from the mold before the carbonization process according to the proposed method, t o , p o are the temperature, respectively and pressing pressure, p 1 , t 1 , t 2 , p 2 , t 3 , p 3 - respectively, the temperature and pressure in the polymerization process, t 4 - temperature of the end of the process according to the proposed method.

Таблица 1.
Режимы получения заготовок углеграфитовых изделий
Table 1.
Modes of obtaining blanks carbon products
No. do,
мм
d o
mm
to,
°С
t o
° C
ро,
МПа
p about
MPa
t1,
°С
t 1
° C
p1,
МПа
p 1
MPa
t2,
°С
t 2
° C
р2,
МПа
p 2
MPa
t3,
°С
t 3 ,
° C
р3, МПаp 3 , MPa t4,
°С
t 4
° C
d2,
мм
d 2
mm
11 12,8012.80 100100 1010 110110 77 120120 44 190190 00 190190 12,7312.73 22 12,6012.60 100100 1010 110110 77 120120 44 200200 00 200200 12,5212.52 33 12,6012.60 100100 1010 110110 00 120120 00 220220 00 220220 12,5912.59 44 12,6012.60 100100 1010 110110 77 120120 00 180180 00 180180 12,5812.58 Таблица 2
Режимы получения заготовок топливных компактов
table 2
Modes of obtaining blanks of fuel compacts
No. do,
мм
d o
mm
to,
°С
t o
° C
ро,
МПа
p o
MPa
t1
°С
t 1
° C
p1,
МПа
p 1
MPa
t2,
°С
t 2
° C
р2,
МПа
p 2
MPa
t3,
°С
t 3 ,
° C
р3,
МПа
p 3
MPa
t4,
°С
t 4
° C
d2,
мм
d 2
mm
11 12,8012.80 100100 1010 110110 77 120120 44 130130 00 190190 12,7212.72 22 12,6012.60 100100 1010 110110 77 120120 44 130130 00 200200 12,5112.51 33 12,6012.60 100100 1010 110110 00 120120 00 130130 00 220220 12,5912.59 44 12,6012.60 100100 1010 110110 77 120120 77 130130 00 130130 12,5912.59

Из данных табл. 1, 2 следует, что существенное уменьшение диаметра заготовок достигнуто при получении углеграфитовых изделий и компактов в примерах 1, 2, когда термообработка заготовок после температуры 130°С проходит без приложения давления в «заневоленном» состоянии.From the data table. 1, 2 it follows that a significant reduction in the diameter of the workpieces was achieved when obtaining carbon-graphite products and compacts in examples 1, 2, when the heat treatment of the workpieces after a temperature of 130 ° C takes place without the application of pressure in a “restrained” state.

Примеры №3,4 (табл. 1, 2) показывают, что повышение температуры выше 200°С или снижение ниже 190°С, а также снятие давления при 100°С или сохранение давления при 130°С не обеспечивают существенного уменьшения диаметра заготовок.Examples No. 3.4 (Tables 1, 2) show that increasing the temperature above 200 ° C or decreasing below 190 ° C, as well as relieving pressure at 100 ° C or maintaining pressure at 130 ° C, do not significantly reduce the diameter of the workpieces.

Партии заготовок, полученные по предложенному способу, в дальнейшем подвергали карбонизации и высокотемпературной обработке. Высокотемпературную обработку проводили при 1800°С. За критерий эффективности предложенного способа с упрощенным аппаратурным оформлением выбрана кривизна изделий. Выход годного по предложенному способу для углеграфитовых изделий и топливных компактов составил 100%. За критерий кривизны была принята разница высот цилиндрических компактов, измеренных в разных точках верхнего и нижнего оснований цилиндров, превышающая 0,2 мм (при номинальной высоте 50 мм).The batch of preforms obtained by the proposed method, was subsequently subjected to carbonization and high temperature processing. High temperature treatment was carried out at 1800 ° C. For the criterion of effectiveness of the proposed method with a simplified hardware design selected curvature of the products. The yield of the proposed method for carbon-graphite products and fuel compacts was 100%. For the criterion of curvature, the height difference of cylindrical compacts measured at different points of the upper and lower bases of the cylinders, exceeding 0.2 mm (at a nominal height of 50 mm), was taken.

Claims (3)

1. Способ получения углеграфитовых изделий, включающий смешивание порошка графита со связующим, прессование, полимеризацию и карбонизацию связующего, дальнейшую высокотемпературную обработку заготовок и извлечение заготовок из пресс-формы, отличающийся тем, что в качестве связующего используют фенолформальдегидную смолу, в процессе полимеризации давление прессования снижают до нуля, а после окончания процесса полимеризации температуру заготовок поднимают до значения на 40-50°C ниже температуры начала карбонизации, при этом извлечение заготовок из пресс-формы проводят перед операцией карбонизации.1. A method for producing carbon-graphite products, comprising mixing graphite powder with a binder, pressing, polymerizing and carbonizing the binder, further processing the billets and removing the billets from the mold, characterized in that phenol-formaldehyde resin is used as the binder, and the pressing pressure is reduced during polymerization to zero, and after the end of the polymerization process, the temperature of the preforms is raised to a value of 40-50 ° C below the temperature of the onset of carbonization, while blanks from the mold are carried out before the carbonization operation. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что полимеризацию проводят в температурном интервале 70-130°C.2. The method according to claim 1, characterized in that the polymerization is carried out in a temperature range of 70-130 ° C. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что давление прессования снимают во время окончания полимеризации при температуре130°C и проводят дальнейший подъем температуры до 190-200°C.3. The method according to claim 1, characterized in that the pressing pressure is removed during the end of the polymerization at a temperature of 130 ° C and a further rise in temperature to 190-200 ° C.
RU2004116879/02A 2004-06-03 2004-06-03 Method of production of carbon-graphite articles RU2259258C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004116879/02A RU2259258C1 (en) 2004-06-03 2004-06-03 Method of production of carbon-graphite articles

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004116879/02A RU2259258C1 (en) 2004-06-03 2004-06-03 Method of production of carbon-graphite articles

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2259258C1 true RU2259258C1 (en) 2005-08-27

Family

ID=35846658

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2004116879/02A RU2259258C1 (en) 2004-06-03 2004-06-03 Method of production of carbon-graphite articles

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2259258C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2751859C1 (en) * 2020-12-22 2021-07-19 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) Method for obtaining carbon-graphite composite material
RU2753635C1 (en) * 2020-12-21 2021-08-18 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Волгоградский государственный технический университет» (ВолгГТУ) Method for obtaining carbon-graphite composite material
RU2787077C1 (en) * 2022-07-27 2022-12-28 Акционерное Общество "Российский Концерн По Производству Электрической И Тепловой Энергии На Атомных Станциях" (Ао "Концерн Росэнергоатом") Method for obtaining uranium graphite fuel rod

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2753635C1 (en) * 2020-12-21 2021-08-18 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Волгоградский государственный технический университет» (ВолгГТУ) Method for obtaining carbon-graphite composite material
RU2751859C1 (en) * 2020-12-22 2021-07-19 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) Method for obtaining carbon-graphite composite material
RU2787077C1 (en) * 2022-07-27 2022-12-28 Акционерное Общество "Российский Концерн По Производству Электрической И Тепловой Энергии На Атомных Станциях" (Ао "Концерн Росэнергоатом") Method for obtaining uranium graphite fuel rod

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100503434C (en) Method of preparing isotropic carbon material and prepared carbon material
CN110698205B (en) Preparation method of graphene-toughened silicon carbide ceramic
CN112441835A (en) High-strength high-density carbon material and preparation method and application thereof
JPH0214804A (en) Production of high density carbon and graphite product
CN108610049B (en) Isotropic graphite material, method for the production thereof and use thereof
CN114751749A (en) Technological method for optimizing kneading effect
RU2259258C1 (en) Method of production of carbon-graphite articles
CN113683424A (en) Method for preparing crucible by hot-pressing and cold-discharging one-step forming of regenerated graphite
Taylor et al. Factors affecting the strength of formed coke made from lignite char
CN117164359A (en) Method for preparing carbon graphite material by in-situ densification
RU2560619C2 (en) Production of electrical carbon articles
CN115246737B (en) Roasting method for preparing isostatic pressing graphite product and product thereof
JPS589879A (en) Manufacture of anisotropic carbon formed body
CN117088689A (en) Short-process preparation method of graphite and graphite product
RU2647067C2 (en) Improved carbon electrode manufacturing
CN110085338B (en) UO 2 Preparation method and preparation device of/Cr composite fuel pellet
RU2787077C1 (en) Method for obtaining uranium graphite fuel rod
US4271101A (en) Process for the production of spherical-shaped fuel elements for high temperature reactors
CN116081613A (en) Preparation method of high-strength fine-particle isostatic graphite material
CN106220209A (en) Prepare method and the silicon carbide woodceramics of silicon carbide woodceramics
JPS63151610A (en) Raw material composition for producing large-sized carbonaceous material
JPH0132162B2 (en)
US3358058A (en) Method of manufacture of shaped articles from dispersions of cellulosic and like materials
RU2230380C2 (en) Method for producing carbon-graphite items
RU2314581C2 (en) Cylindrical carbon-graphite fuel element and method for its production

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20070604