RU2259258C1 - Method of production of carbon-graphite articles - Google Patents
Method of production of carbon-graphite articles Download PDFInfo
- 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
Links
Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
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.
Режимы получения заготовок углеграфитовых изделийTable 1.
Modes of obtaining blanks carbon products
ммd o
mm
°Сt o
° C
МПаp about
MPa
°Сt 1
° C
МПаp 1
MPa
°Сt 2
° C
МПаp 2
MPa
°Сt 3 ,
° C
°Сt 4
° C
ммd 2
mm
Режимы получения заготовок топливных компактовtable 2
Modes of obtaining blanks of fuel compacts
ммd o
mm
°Сt o
° C
МПаp o
MPa
°Сt 1
° C
МПаp 1
MPa
°Сt 2
° C
МПаp 2
MPa
°Сt 3 ,
° C
МПаp 3
MPa
°Сt 4
° C
ммd 2
mm
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)
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)
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 |
-
2004
- 2004-06-03 RU RU2004116879/02A patent/RU2259258C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
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 |