一種散裂中子源用固體靶片及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種散裂中子源用固體靶片及其制備方法，用以增強靶片中鉭和鎢的連接強度，提高靶片的壽命。其中，一種散裂中子源用固體靶片的制備方法，包括：清洗待焊接的鎢塊與鉭板；將所述鉭板緊貼所述鎢塊的六個面，形成內(nèi)裝鎢塊的鉭盒；密封焊接所述鉭盒；將密封焊接后的鉭盒放入熱等靜壓爐內(nèi)進行熱等靜壓后取出，得到靶片。本發(fā)明提供的散裂中子源用固體靶片的制備方法不引入其它過渡金屬，直接大面積擴散連接鉭板與鎢塊，使制得的靶片中鉭鎢之間達到冶金結(jié)合，結(jié)合強度高，鉭涂層致密，增強了靶片的抗沖刷腐蝕性能，提高了靶片壽命。
【專利說明】—種散裂中子源用固體靶片及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及金屬焊接【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種散裂中子源用固體靶片及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]中國散裂中子源采用金屬鎢作為靶材，高能質(zhì)子轟擊鎢塊產(chǎn)生中子的同時，會產(chǎn)生大量熱，為了高效穩(wěn)定運行，需要冷卻鎢靶片。但是，在強輻照和水流沖涮下，鎢塊會開裂，影響鎢靶片的壽命。為了增強鎢靶片的抗沖刷腐蝕性能，需要在鎢塊六面包覆一層抗腐蝕性強，原子序數(shù)高的金屬鉭。
[0003]由于鉭鎢都是高熔點金屬，而且鎢塊與鉭板涉及的是面與面的焊接，增大了焊接難度，常規(guī)的焊接無法滿足要求。
[0004]現(xiàn)有的鎢鉭焊接方法是通過在鎢塊與鉭板之間通過一種過渡性金屬，如鎳合金，采用釬焊的方法焊接，但是這種焊接方法需要引入過渡合金。另外還有在鎢塊表面等離子噴涂鉭的方法，但是獲得的鉭涂層不夠致密，鉭涂層與鎢的連接強度不高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在下文中給出關(guān)于本發(fā)明的簡要概述，以便提供關(guān)于本發(fā)明的某些方面的基本理解。應(yīng)當理解，這個概述并不是關(guān)于本發(fā)明的窮舉性概述。它并不是意圖確定本發(fā)明的關(guān)鍵或重要部分，也不是意圖限定本發(fā)明的范圍。其目的僅僅是以簡化的形式給出某些概念，以此作為稍后論述的更詳細描述的前序。
[0006]本發(fā)明提供一種散裂中子源用固體靶片及其制備方法，用以增強靶片中鉭和鎢的連接強度，提高靶片的壽命。
[0007]本發(fā)明提供了一種散裂中子源用固體靶片的制備方法，包括:
[0008]清洗待焊接的鎢塊與鉭板；
[0009]將所述鉭板緊貼所述鎢塊的六個面，形成內(nèi)裝鎢塊的鉭盒；
[0010]密封焊接所述鉭盒；
[0011]將密封焊接后的鉭盒放入熱等靜壓爐內(nèi)進行熱等靜壓后取出，得到靶片。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明包括以下優(yōu)點:
[0013]由于本發(fā)明提供的散裂中子源用固體靶片的制備方法不引入其它過渡金屬，直接大面積擴散連接鉭板與鎢塊，使制得的靶片中鉭鎢之間達到冶金結(jié)合，結(jié)合強度高，鉭涂層致密，增強了靶片的抗沖刷腐蝕性能，提高了靶片壽命。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0015]圖1為本發(fā)明實施例一提供的一種散裂中子源用固體靶片的制備方法的流程圖；
[0016]圖2為本發(fā)明實施例提供的一種散裂中子源用固體靶片的制備方法的裝配工藝圖；
[0017]圖3為本發(fā)明實施例提供的靶片的鉭鎢界面金相圖；
[0018]圖4為本發(fā)明實施例二提供的一種散裂中子源用固體靶片的制備方法的流程圖。

【具體實施方式】
[0019]為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。在本發(fā)明的一個附圖或一種實施方式中描述的元素和特征可以與一個或更多個其它附圖或?qū)嵤┓绞街惺境龅脑睾吞卣飨嘟Y(jié)合。應(yīng)當注意，為了清楚的目的，附圖和說明中省略了與本發(fā)明無關(guān)的、本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的部件和處理的表示和描述。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有付出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0020]實施例一:
[0021]參照圖1，是本發(fā)明實施例提供的一種散裂中子源用固體靶片的制備方法的流程圖，本實施例具體可以包括以下步驟:
[0022]步驟100，清洗待焊接的鎢塊與鉭板。在進行焊接之前，將待焊接的鎢塊與鉭板的表面進行清洗，目的是為了讓鎢塊與鉭板的表面潔凈，為后續(xù)的焊接做好準備。保持待焊接的鎢塊與鉭板表面的潔凈，可以提高焊接的質(zhì)量，使焊接后的鎢塊與鉭板更加貼合。
[0023]在本發(fā)明的一種優(yōu)選實施例中，可以用弱酸清洗所述待焊接的鎢塊與鉭板的表面，清洗完后再次用丙酮超聲，然后干燥。
[0024]在本發(fā)明的一種優(yōu)選實施例中，待焊接的鎢塊密度為18.7^/01113以上，且表面拋光；待焊接的鉭板為根據(jù)所述鎢塊每個面大小，加工出的0.4皿一 2皿厚的高純鉭板六塊。
[0025]步驟101，將所述鉭板緊貼所述鎢塊的六個面，形成內(nèi)裝鎢塊的鉭盒。待焊接的鉭板是根據(jù)待焊接的鎢塊的每個面的大小，加工出來的，因此可以與鎢塊的六個面大小一致，如圖2所示，將待焊接的鉭板10緊貼待焊接的鎢塊11的六個面，待焊接的鉭板構(gòu)成的鉭盒是一個類似火柴盒的結(jié)構(gòu)，鉭盒內(nèi)是鎢塊。
[0026]步驟102，密封焊接所述鉭盒。密封焊接步驟101中得到的內(nèi)裝鎢塊的鉭盒，即焊接構(gòu)成鉭盒的鉭板與鉭板之間的接觸位置，使鉭盒形成一個密閉的空間，將鎢塊包裹在其中。
[0027]在本發(fā)明的一種優(yōu)選實施例中，在步驟102密封焊接所述鉭盒之前，還包括:將所述鉭盒與鎢塊之間抽成具有預(yù)設(shè)真空度的真空。優(yōu)選的，預(yù)設(shè)真空度可以為10 —5？?將鉭盒與鎢塊之間的真空度保持在10 —5？3以上。在本發(fā)明的另一種優(yōu)選實施例中，所述密封焊接所述鉭盒，包括:采用高能電子束密封焊接所述鉭盒的鉭板與鉭板。在采用高能電子束焊接時，需要將鉭盒與鎢塊之間抽成真空。需要說明的是，高能電子一般指的是通過直線同步加速器，加速到￠67量級的電子束。將鉭盒與鎢塊之間抽成真空，使得外界大氣壓遠大于鉭盒與鎢塊之間的壓力，從而在鉭盒與鎢塊表面形成較大的壓力，進而拉近了鉭盒與鎢塊之間距離，有利于鉭原子與鎢原子之間相互擴散，使兩種金屬達到冶金結(jié)合。
[0028]在本發(fā)明的另一種優(yōu)選實施例中，在步驟102密封焊接所述鉭盒之后，還包括:通過氦質(zhì)譜檢漏儀對密封焊接后的鉭盒進行檢漏，確認所述鉭盒密封焊接是否完整；若密封焊接不完整，則對所述鉭盒重新進行密封焊接；若密封焊接完整，則將密封焊接后的鉭盒放入熱等靜壓爐內(nèi)進行熱等靜壓。
[0029]步驟103，將密封焊接后的鉭盒放入熱等靜壓爐內(nèi)進行熱等靜壓后取出，得到靶片。需要說明的是，熱等靜壓0101: 18081:81:10即6881118，犯？)是一種集高溫、高壓于一體的工藝生產(chǎn)技術(shù)，加熱溫度通常為1000?20001，通過以密閉容器中的高壓惰性氣體或氮氣為傳壓介質(zhì)，工作壓力可達2001？3。在高溫高壓的共同作用下，被加工件的各向均衡受壓。故加工產(chǎn)品的致密度高、均勻性好、性能優(yōu)異。同時該技術(shù)具有生產(chǎn)周期短、工序少、能耗低、材料損耗小等特點。
[0030]將步驟102中焊接后的鉭盒放入熱等靜壓爐內(nèi)進行熱等靜壓。
[0031]在本發(fā)明的一種優(yōu)選實施例中，將焊接后的鉭盒放入熱等靜壓爐內(nèi)進行熱等靜壓，具體可以包括以下子步驟:
[0032]子步驟1，將熱等靜壓爐用氬氣洗爐兩遍，并沖入氬氣；
[0033]子步驟2，將熱等靜壓爐加熱到1500 — 2000度，爐內(nèi)氣壓保持在100 — 2001？3，保溫2 — 4小時。具體可以先以15度/分鐘的升溫速率，加熱到900度，然后再以10度/分鐘的升溫速率，從900度加熱到1500度。需要說明的是，高溫可以加速鉭與鎢的原子運動，有利于鉭與鎢進行冶金結(jié)合。
[0034]在本發(fā)明的一種優(yōu)選實施例中，所述將焊接后的鉭盒放入熱等靜壓爐內(nèi)進行熱等靜壓之前，還包括:在所述焊接后的鉭盒表面包裹鉭箔。在鉭盒表面包裹的鉭箔可作為吸氣材料。
[0035]本實施例提供的一種散裂中子源用固體靶片的制備方法，通過將鉭板緊貼鎢塊的六個面，形成內(nèi)裝鎢塊的鉭盒，然后密封焊接所述鉭盒，最后將焊接后的鉭盒放入熱等靜壓爐內(nèi)進行熱等靜壓后取出，得到靶片，本實施例得到的靶片可以將鎢塊與鉭板很好地焊接到一起，提高了靶片中鉭和鎢的連接強度，提高了靶片的壽命。通過本實施例提供的散裂中子源用固體靶片的制備方法，制得的靶片的鉭鎢界面金相圖如圖3所示，由圖3可以看出，得到的靶片的鉭鎢界面很好，鉭鎢元素相互擴散，形成一定厚度的擴散層，鉭鎢焊接處形成冶金結(jié)合，因此采用本實施例提供的散裂中子源用固體靶片的制備方法，所得到的靶片中鉭和鎢的連接強度較好。并且，本實施例提供的散裂中子源用固體靶片的制備方法制得的靶片可作為散裂中子源的靶材，由于本實施例的散裂中子源用固體靶片的制備方法不引入其它過渡金屬，直接大面積擴散連接鉭板與鎢塊，使制得的靶片中鉭鎢之間達到冶金結(jié)合，結(jié)合強度高，增強了靶片的抗沖刷腐蝕性能。
[0036]實施例二:
[0037]參照圖4，是本發(fā)明實施例提供的一種散裂中子源用固體靶片的制備方法的流程圖，本實施例具體可以包括以下步驟:
[0038]步驟200，選擇燒結(jié)成型后鍛造的大小為170*70*25111111，密度達到18.78八1113，表面拋光的鎢塊，作為待焊接的鎢塊。
[0039]步驟201，根據(jù)所述待焊接的鎢塊每個面大小，加工出厚度0.4 — 2皿厚高純鉭板六塊，作為待焊接的鉭板。需要說明的是，鉭板的厚度越薄，后熱越小，因此在加工條件允許的情況下，可以盡可能加工厚度較薄的鉭板。
[0040]步驟202，將所述鎢塊和鉭板的表面用弱酸清洗，清潔然后干燥。該步驟的目的是為了讓鎢塊和鉭板的表面潔凈。
[0041]步驟203，將所述鉭板緊貼所述鎢塊的六個面，形成內(nèi)裝鎢塊的鉭盒。因為六塊鉭板是根據(jù)鎢塊每個面大小進行加工得到的，所以將六塊鉭板分別與鎢塊的六個面緊貼，可以大小恰好貼合，緊貼在鎢塊的六個面的六塊鉭板形成鉭盒。
[0042]步驟204，將所述鉭盒與鎢塊之間抽成真空。該步驟是為了鉭盒密封之前，使鉭盒與鎢塊之間是真空狀態(tài)，可以保持真空度在10 —5？3以上。
[0043]步驟205，采用高能電子束密封焊接所述鉭盒的鉭板與鉭板。鉭盒是由六塊鉭板形成的，鉭板與鉭板之間有接縫，采用高能電子束焊接鉭盒的鉭板與鉭板之間的接縫，將鉭板與鉭板焊接到一起，可以得到密封的鉭盒。
[0044]步驟206，檢漏，確認所述鉭盒密封焊接完整。在對焊接后的鉭盒進行熱等靜壓之前，需要確保鉭盒密封焊接好，鉭板與鉭板之間沒有縫隙。
[0045]步驟207，在所述焊接后的鉭盒表面包裹鉭箔。將焊接好的鉭盒(內(nèi)鎢塊)表面包裹鉭箔數(shù)層，鉭箔作為吸氣材料。
[0046]步驟208，將密封焊接后的鉭盒放入熱等靜壓爐內(nèi)進行熱等靜壓后取出，得到靶片。在進行熱等靜壓前，熱等靜壓爐內(nèi)用氬氣洗爐兩遍，然后沖入氬氣。加熱時，以巧度/分鐘的升溫速率加熱到900度后，再以10度/分鐘的升溫速率加熱到1500度，爐內(nèi)氣壓保持在2001？3，然后保溫2小時。本實施例中熱等靜壓的參數(shù):溫度1500度，壓力2001？^！和保溫時間2小時是關(guān)鍵參數(shù)。
[0047]采用本實施例提供的散裂中子源用固體靶片的制備方法，制得的靶片中鉭鎢的連接強度較高。
[0048]需要說明的是，本發(fā)明還提供一種散裂中子源用固體靶片，可以采用實施例一或?qū)嵤├我凰龅纳⒘阎凶釉从霉腆w靶片的制備方法制得。本發(fā)明制得的散裂中子源用固體靶片，不引入其它過渡金屬，直接大面積擴散連接鉭板與鎢塊，使制得的靶片中鉭鎢之間達到冶金結(jié)合，結(jié)合強度高，鉭涂層致密，不存在【背景技術(shù)】提及的涂層工藝缺陷，抗沖刷腐蝕性能強，提高了靶片壽命。
[0049]在本發(fā)明上述各實施例中，實施例的序號和/或先后順序僅僅便于描述，不代表實施例的優(yōu)劣。對各個實施例的描述都各有側(cè)重，某個實施例中沒有詳述的部分，可以參見其他實施例的相關(guān)描述。
[0050]本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解:實現(xiàn)上述方法實施例的全部或部分步驟可以通過程序指令相關(guān)的硬件來完成，前述的程序可以存儲于一計算機可讀取存儲介質(zhì)中，該程序在執(zhí)行時，執(zhí)行包括上述方法實施例的步驟；而前述的存儲介質(zhì)包括:只讀存儲器(尺68(1-01117 161110，簡稱 001〉、隨機存取存儲器^00688 1611101~7，簡稱狀⑷、磁碟或者光盤等各種可以存儲程序代碼的介質(zhì)。
[0051]在本發(fā)明的裝置和方法等實施例中，顯然，各部件或各步驟是可以分解、組合和/或分解后重新組合的。這些分解和/或重新組合應(yīng)視為本發(fā)明的等效方案。同時，在上面對本發(fā)明具體實施例的描述中，針對一種實施方式描述和/或示出的特征可以以相同或類似的方式在一個或更多個其它實施方式中使用，與其它實施方式中的特征相組合，或替代其它實施方式中的特征。
[0052]應(yīng)該強調(diào)，術(shù)語“包括/包含”在本文使用時指特征、要素、步驟或組件的存在，但并不排除一個或更多個其它特征、要素、步驟或組件的存在或附加。
[0053]最后應(yīng)說明的是:雖然以上已經(jīng)詳細說明了本發(fā)明及其優(yōu)點，但是應(yīng)當理解在不超出由所附的權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以進行各種改變、替代和變換。而且，本發(fā)明的范圍不僅限于說明書所描述的過程、設(shè)備、手段、方法和步驟的具體實施例。本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員從本發(fā)明的公開內(nèi)容將容易理解，根據(jù)本發(fā)明可以使用執(zhí)行與在此所述的相應(yīng)實施例基本相同的功能或者獲得與其基本相同的結(jié)果的、現(xiàn)有和將來要被開發(fā)的過程、設(shè)備、手段、方法或者步驟。因此，所附的權(quán)利要求旨在在它們的范圍內(nèi)包括這樣的過程、設(shè)備、手段、方法或者步驟。
【權(quán)利要求】
1.一種散裂中子源用固體靶片的制備方法，其特征在于，包括: 清洗待焊接的鎢塊與鉭板； 將所述鉭板緊貼所述鎢塊的六個面，形成內(nèi)裝鎢塊的鉭盒； 密封焊接所述鉭盒； 將密封焊接后的鉭盒放入熱等靜壓爐內(nèi)進行熱等靜壓后取出，得到靶片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述清洗待焊接的鎢塊與鉭板，包括: 用弱酸清洗所述待焊接的鎢塊與鉭板的表面，清洗完后再次用丙酮超聲，然后干燥。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述密封焊接所述鉭盒之前，還包括: 將所述鉭盒與鎢塊之間抽成具有預(yù)設(shè)真空度的真空。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述密封焊接所述鉭盒，包括: 采用高能電子束密封焊接所述鉭盒的鉭板與鉭板。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述將焊接后的鉭盒放入熱等靜壓爐內(nèi)進行熱等靜壓之前，還包括: 在所述焊接后的鉭盒表面包裹鉭箔。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將焊接后的鉭盒放入熱等靜壓爐內(nèi)進行熱等靜壓，包括: 將熱等靜壓爐用氬氣洗爐兩遍，并沖入氬氣； 將熱等靜壓爐加熱到1500 - 2000度，爐內(nèi)氣壓保持在100 - 200MPa，保溫2 — 4小時。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述將熱等靜壓爐加熱到1500度，包括: 以15度/分鐘的升溫速率，加熱到900度； 以10度/分鐘的升溫速率，從900度加熱到1500度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于: 所述待焊接的鎢塊密度為18.7g/cm3以上，且表面拋光； 所述待焊接的鉭板為根據(jù)所述鎢塊每個面大小，加工出的0.4mm - 2mm厚的高純鉭板六塊。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述密封焊接所述鉭盒之后，還包括: 通過氦質(zhì)譜檢漏儀對密封焊接后的鉭盒進行檢漏，確認所述鉭盒密封焊接是否完整； 若密封焊接不完整，則對所述鉭盒重新進行密封焊接； 若密封焊接完整，則將密封焊接后的鉭盒放入熱等靜壓爐內(nèi)進行熱等靜壓。
10.一種散裂中子源用固體靶片，其特征在于，采用如權(quán)利要求1-9任一所述的散裂中子源用固體靶片的制備方法制得。
【文檔編號】H05H6/00GK104470189SQ201310612833
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2013年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月27日
【發(fā)明者】紀全, 魏少紅, 張銳強, 賈學(xué)軍 申請人:中國科學(xué)院高能物理研究所