一種高溫氣冷堆控制棒用核級(jí)碳化硼芯塊制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高溫氣冷堆控制棒用核級(jí)碳化硼芯塊制備方法，以核級(jí)碳化硼粉為原料，經(jīng)混料、烘干、制粒、鋼模成型、冷等靜壓處理、生坯加工、脫脂、燒結(jié)、機(jī)加工九步制得高溫氣冷堆控制棒用大尺寸核級(jí)碳化硼芯塊，可批量化，近凈尺寸制備出大尺寸碳化硼芯塊，用無壓燒結(jié)工藝代替熱壓工藝，解決了核級(jí)大尺寸碳化硼芯塊生產(chǎn)成本高與效率低的問題，可直接用于高溫氣冷堆控制棒用碳化硼芯塊的生產(chǎn)。
【專利說明】
一種高溫氣冷堆控制棒用核級(jí)碳化硼芯塊制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及核材料與陶瓷材料的制備技術(shù)，具體涉及一種高溫氣冷堆控制棒用核級(jí)碳化硼芯塊制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]高溫氣冷堆核電站采用碳化硼芯塊作控制棒中子吸收材料，碳化硼控制棒用碳化硼芯塊有8種規(guī)格，碳化硼芯塊主體為環(huán)狀，大致分為外棒與內(nèi)棒兩類，外棒端頭連接芯塊有6個(gè)凸臺(tái)，形狀較復(fù)雜，碳化硼雜質(zhì)含量要求為核級(jí)。據(jù)文獻(xiàn)《高溫氣冷堆控制棒B4C芯塊的研制》報(bào)道，牡丹江金剛鉆公司用熱壓方法為高溫氣冷堆研制過控制棒用核級(jí)碳化硼芯塊，批量較小，共制備碳化硼芯塊355塊。碳化硼的熱壓工藝制備成本高，效率低，難以大規(guī)模生產(chǎn)，而且由于碳化硼硬度高，而通過熱壓工藝制備的碳化硼制品后加工量大，加工成本極尚。
[0003]尹邦躍等人以葡萄糖、酚醛樹脂、硬脂酸作助燒結(jié)劑，在2270°C氫氣中常壓燒結(jié)，保溫I小時(shí)，制得密度達(dá)到82%T.D.的碳化硼芯塊，芯塊尺寸為Φ 17mm X 17mm，由于其尺寸較小，沒有考慮大尺寸異形芯塊制備所帶來的成型開裂問題，環(huán)形樣品燒結(jié)變形與開裂問題，由批量化生產(chǎn)所帶來的加工問題、生產(chǎn)效率問題，也沒有考慮到應(yīng)用到高溫氣冷堆控制棒用碳化硼芯塊所要求的化學(xué)成分問題。
[0004]高溫氣冷堆用碳化硼芯塊的尺寸較大，在無壓燒結(jié)工藝成型過程中易形成裂紋；控制棒外棒的壁厚較薄，在無壓燒結(jié)過程極易發(fā)生變形;而內(nèi)棒的壁厚較厚，在脫脂與燒結(jié)過程中易形成裂紋。因此高溫氣冷堆用核級(jí)碳化硼芯塊的無壓燒結(jié)工藝對(duì)工藝參數(shù)有較嚴(yán)格的要求，如碳化硼與添加劑原料的選取、模具設(shè)計(jì)、成型壓力、脫脂制度、燒結(jié)制度等。對(duì)于大尺寸異形碳化硼制品的無壓燒結(jié)工藝，到目前為止沒有查找到相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道。由于碳化硼的硬度僅次于金剛石，加工成本高，效率低，如果碳化硼燒結(jié)體變形量太大，或加工余量太大則難于滿足碳化硼芯塊的批量化生產(chǎn)要求。按目前的技術(shù)不能用熱壓工藝批量化生產(chǎn)高溫氣冷堆用碳化硼芯塊，也不能用無壓燒結(jié)工藝制備出高溫氣冷堆用核級(jí)碳化硼芯塊。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種高溫氣冷堆控制棒用核級(jí)碳化硼芯塊制備方法，解決目前的熱壓工藝和無壓燒結(jié)工藝都不能制備出大尺寸核級(jí)碳化硼芯塊的問題。
[0006]本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
一種高溫氣冷堆控制棒用核級(jí)碳化硼芯塊制備方法，包括如下步驟:
(a)混料:以碳化硼粉末為原料、以含有酚醛樹脂的酒精溶液為添加劑進(jìn)行混合；
(b)烘干:混合后的在烘箱內(nèi)進(jìn)行烘干形成干混料；
(c )制粒:干混料在造粒機(jī)的加工下形成顆粒；
(d)鋼模成型:利用鋼模成型法將顆粒料在成型壓力作用下壓制成生坯； (e)等靜壓成型:將經(jīng)鋼模成型后的生坯用冷等靜壓機(jī)進(jìn)行處理；
(f)生坯加工:對(duì)生坯進(jìn)行機(jī)加工，去除鋼模成型的脫模錐度與等靜壓成型處理后的變形量；
(g)脫脂燒結(jié):把碳化硼制品放入到燒結(jié)爐中，在氣氛保護(hù)或真空下進(jìn)行脫脂燒結(jié)，脫脂與燒結(jié)在同一爐中進(jìn)行；
(h)機(jī)加工:根據(jù)碳化硼毛坯與標(biāo)準(zhǔn)樣品的尺寸差異進(jìn)行機(jī)加工，制得高溫氣冷堆控制棒用核級(jí)碳化硼芯塊，如果尺寸差異小，則毛坯不加工直接使用。
[0007]本發(fā)明以核級(jí)碳化硼粉為原料，經(jīng)混料、烘干、制粒、鋼模成型、冷等靜壓處理、生坯加工、脫脂、燒結(jié)、機(jī)加工九步制得高溫氣冷堆控制棒用大尺寸核級(jí)碳化硼芯塊，可批量化，近凈尺寸制備出大尺寸碳化硼芯塊，用無壓燒結(jié)工藝代替熱壓工藝，解決了核級(jí)大尺寸碳化硼芯塊生產(chǎn)成本高與效率低的問題，可直接用于高溫氣冷堆控制棒用碳化硼芯塊的生產(chǎn)，本發(fā)明中的核級(jí)碳化硼芯塊的制作工藝并沒有現(xiàn)有的工藝可以參考，核級(jí)碳化硼對(duì)硼含量與雜質(zhì)含量有嚴(yán)格的要求，總硼含量:72%-78%，總硼+總碳>96%，由于碳化硼的硬度僅次于金剛石，核級(jí)碳化硼加工困難，用熱壓工藝制備核級(jí)碳化硼線純度能核級(jí)要求，但所制得到碳化硼形狀比較簡單，對(duì)于復(fù)雜形狀的碳化硼制備后加工量大，對(duì)于復(fù)雜形狀核級(jí)碳化硼芯塊的制備成本非常高。而目前碳化硼無壓燒結(jié)工藝都需要加入一定量的助燒劑，對(duì)于防彈片、碳化硼噴嘴等碳化硼制品中助燒劑添加量高達(dá)10-20%，不能滿足核級(jí)碳化硼制品的技術(shù)要求。本發(fā)明用無壓燒結(jié)工藝制得大尺寸核級(jí)碳化硼芯塊，與熱壓燒結(jié)工藝相比，大幅提高了碳化硼芯塊的制備效率，降低了生產(chǎn)成本，用熱壓燒結(jié)只能單件生產(chǎn)，而無壓燒結(jié)工藝制備核級(jí)碳化硼芯塊的產(chǎn)能只受到爐膛均溫區(qū)尺寸的限制;熱壓燒結(jié)制得的碳化硼芯塊后期加工量大，而無壓燒結(jié)制得的碳化硼芯塊可以近凈尺寸成型，后加工量很少，化學(xué)成分滿足高溫氣冷堆用碳化硼對(duì)雜質(zhì)含量的要求，徹底解決了高溫氣冷堆控制棒用核級(jí)碳化硼芯塊生產(chǎn)效率低的問題。
[0008]所述的步驟(a)混料中，硼的含量為73-81%，硼與碳的總含量高于96%，碳化硼粉末的平均粒徑為0.5-3μπι，比表面積:5-18m2/g，酚醛樹脂添加量為碳化硼粉末質(zhì)量的1%-6%。本發(fā)明中混料的過程中，對(duì)于原料的采用是有非常嚴(yán)格的選取參數(shù)的，經(jīng)過
【申請(qǐng)人】多年的研究和實(shí)驗(yàn)，確立了參數(shù)的范圍:硼的含量為73-81%，硼與碳的總含量高于96%，碳化硼粉末的平均粒徑為0.5-3μπι，比表面積:5-18m2/g;如果碳化硼粉末的粉末粒徑過小，其比表面積太大，則碳化硼粉末表面的揮發(fā)物太多，會(huì)降低碳化硼制品的硼含量，并在樣品表面形成微裂紋，產(chǎn)品硼含量較低，添加劑為酚醛樹脂的酒精溶液，酚醛樹脂既作為粘結(jié)劑又作為助燒劑的碳源使用，酚醛樹脂添加量碳化硼質(zhì)量的1%_6%，如果酚醛樹脂的添加量過低則粉末難于成型，燒結(jié)密度也較低，而如果添加量過高，則會(huì)在碳化硼芯塊中形成碳雜質(zhì)，從而影響到碳化硼制品的純度。用經(jīng)碳化硼磨球球磨制得的碳化硼粉末流動(dòng)性較好，與氣流磨制得的碳化硼粉末相比，流動(dòng)性好，雜質(zhì)鐵含量少，制得的生坯密度均勻，燒結(jié)產(chǎn)品純度高。
[0009]所述的步驟(d)鋼模成型中，成型壓力為50_150MPa。進(jìn)一步講，碳化硼粉中按比例摻入酚醛樹脂的酒精溶液后，混料，烘干、制粒，過20-60目篩，用鋼模成型方法在50-150MPa的成型壓力下成型，如果成型壓力高則芯塊表面易形成裂紋，如果壓力太低則生坯強(qiáng)度低，在搬動(dòng)中損壞。
[0010]所述的步驟(e)等靜壓成型中，處理壓力為200-300MPa。具體的講，用等靜壓方法對(duì)生坯進(jìn)行處理，主要目的是為了提高生坯的密度，在碳化硼芯塊制備過程中發(fā)現(xiàn)，芯塊的燒結(jié)變形量與生坯密度密切相關(guān)，生坯密度越高，燒結(jié)芯塊變形量越小，生坯經(jīng)鋼模成型后用冷等靜壓機(jī)在200-300MPa成型壓力下壓制，生坯成型后密度達(dá)到58-70%。
[0011]所述的步驟(g)脫脂中，脫脂燒結(jié)的條件為:脫脂階段升溫速度為l-3°C/min，最高溫度為800-1000 °C，保溫時(shí)間為30-120min，保護(hù)氣氛為氫氣、氬氣、氫氣與氬氣的混合物、或真空。為了避免碳化硼芯塊在脫脂過程中形成裂紋，需要降低升溫速度到l_3°C/min。
[0012]所述的步驟(g)燒結(jié)中，燒結(jié)的條件為:從脫脂溫度開始，以1-3°C/min升溫速度升溫到1500°C，繼續(xù)脫除有機(jī)物與碳化硼中的揮發(fā)物，再以3-5 °C/min的升溫速度升溫到1800°C，為了避免碳化硼在高溫下?lián)]發(fā)，需要向燒結(jié)爐中充入高純氬氣，以2-5°C/min的升溫速度升溫到2150-2300°C，并保溫30-60min，保溫結(jié)束后隨爐降溫，制得碳化硼燒結(jié)毛坯。
[0013]所述的步驟(g)脫脂和步驟(h)燒結(jié)都在燒結(jié)爐中進(jìn)行。在脫脂完成后，直接升溫開始燒結(jié)，避免脫脂后的碳化硼與空氣接觸，生成易揮發(fā)的氧化硼，影響碳化硼燒結(jié)塊的密度與硼含量。另外減少了脫脂后的降溫、轉(zhuǎn)運(yùn)至燒結(jié)爐、升溫整脫脂溫度的階段，大大縮短了時(shí)間。
[0014]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點(diǎn)和有益效果:
1、本發(fā)明一種高溫氣冷堆控制棒用核級(jí)碳化硼芯塊制備方法，本發(fā)明用無壓燒結(jié)工藝制得大尺寸核級(jí)碳化硼芯塊，與熱壓燒結(jié)工藝相比，大幅提高了碳化硼芯塊的制備效率，降低了生產(chǎn)成本，用熱壓燒結(jié)只能單件生產(chǎn)，而無壓燒結(jié)工藝制備核級(jí)碳化硼芯塊的產(chǎn)能只受到爐膛均溫區(qū)尺寸的限制；熱壓燒結(jié)制得的碳化硼芯塊后期加工量大，而無壓燒結(jié)制得的碳化硼芯塊可以近凈尺寸成型，后加工量很少，化學(xué)成分滿足高溫氣冷堆用碳化硼對(duì)雜質(zhì)含量的要求，徹底解決了高溫氣冷堆控制棒用核級(jí)碳化硼芯塊生產(chǎn)效率低的問題；
2、本發(fā)明一種高溫氣冷堆控制棒用核級(jí)碳化硼芯塊制備方法，硼的含量為73-81%，硼與碳的總含量高于96%，碳化硼粉末的平均粒徑為0.5-3ym，比表面積:5-18m2/g;如果碳化硼粉末的粉末粒徑過小，其比表面積太大，則碳化硼粉末表面的揮發(fā)物太多，會(huì)降低碳化硼制品的硼含量，并在樣品表面形成微裂紋，產(chǎn)品硼含量較低，添加劑為酚醛樹脂的酒精溶液，酚醛樹脂既作為粘結(jié)劑又作為助燒劑的碳源使用，酚醛樹脂添加量碳化硼質(zhì)量的1%-6%，如果酚醛樹脂的添加量過低則粉末難于成型，燒結(jié)密度也較低，而如果添加量過高，則會(huì)在碳化硼芯塊中形成碳雜質(zhì)，從而影響到碳化硼制品的純度；
3、本發(fā)明一種高溫氣冷堆控制棒用核級(jí)碳化硼芯塊制備方法，用等靜壓方法對(duì)生坯進(jìn)行處理，主要目的是為了提高生坯的密度，在碳化硼芯塊制備過程中發(fā)現(xiàn)，芯塊的燒結(jié)變形量與生坯密度密切相關(guān)，生坯密度越高，燒結(jié)芯塊變形量越小，尺寸精度越高，生坯經(jīng)鋼模成型后用冷等靜壓機(jī)在200-300MPa成型壓力下壓制，生坯成型后密度達(dá)到58-70%;
4、本發(fā)明一種高溫氣冷堆控制棒用核級(jí)碳化硼芯塊制備方法，在等靜壓工序處理后對(duì)碳化硼生坯進(jìn)行加工，主要目的是減少碳化硼燒結(jié)芯塊后期的加工量，降低芯塊的加工成本，由于碳化硼無壓燒結(jié)工藝在進(jìn)行鋼模成型時(shí)必然存在脫模錐度，在等靜壓處理后生坯腰部密度低，收縮較大，也有一定的加工余量，如果在生坯脫脂燒結(jié)前不進(jìn)行生坯加工處理則后期加工成本會(huì)非常高；
5，本發(fā)明一種高溫氣冷堆控制棒用核級(jí)碳化硼芯塊制備方法，碳化硼的脫脂與燒結(jié)在同一爐中進(jìn)行，碳化硼脫脂后直接升溫?zé)Y(jié)，發(fā)明人在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)脫脂后的碳化硼芯塊出爐后與空氣接觸時(shí)會(huì)被氧化，而氧化硼在高溫下?lián)]發(fā)，在燒結(jié)塊內(nèi)形成孔洞，同時(shí)碳化硼芯塊中的硼含量下降，燒損增加，碳化硼的脫脂燒結(jié)在同一爐中進(jìn)行，可避免碳化硼脫脂轉(zhuǎn)運(yùn)過程中被空氣氧化。
【具體實(shí)施方式】
[0015]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，本發(fā)明的示意性實(shí)施方式及其說明僅用于解釋本發(fā)明，并不作為對(duì)本發(fā)明的限定。
[0016]實(shí)施例一
本發(fā)明一種高溫氣冷堆控制棒用核級(jí)碳化硼芯塊制備方法，以平均粒徑為0.5μπι，比表面積:18m2/g的碳化硼粉末作原料，碳化硼粉中按比例摻入6%酚醛樹脂的酒精溶液后，混料，在80°C烘干、用擦篩法制粒，過60目篩，用鋼模成型方法在50MPa的壓力下成型，再用冷等靜壓機(jī)在300MPa成型壓力下成型，生坯成型后密度達(dá)到70%，用機(jī)加工方法削除生坯的成型錐度，把碳化硼生坯放入到燒結(jié)爐中，在真空下進(jìn)行脫脂，升溫速度為l°C/min，脫脂最高溫度為800°C，在800°C保溫時(shí)間為I小時(shí)，再以l°C/min升溫速度升溫到1500°C，以3°C/min升溫速度升溫到1800°C，充入高純氬氣，以5°C/min的升溫速度升溫到2150°C，并保溫60min，保溫結(jié)束后隨爐降溫。制得碳化硼燒結(jié)毛坯，然后根據(jù)碳化硼毛坯與標(biāo)準(zhǔn)樣品的尺寸差異進(jìn)行機(jī)加工。制得高溫氣冷堆控制棒用碳化硼芯塊。芯塊密度為80%T.D.，化學(xué)成分滿足核級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。
[0017]實(shí)施例二
本發(fā)明一種高溫氣冷堆控制棒用核級(jí)碳化硼芯塊制備方法，以平均粒徑為0.5μπι，比表面積:18m2/g的碳化硼粉末作原料，碳化硼粉中按比例摻入1%酚醛樹脂的酒精溶液后，混料，在80°C烘干、用擦篩法制粒，過60目篩，用鋼模成型方法在150MPa的壓力下成型，再用冷等靜壓機(jī)在200MPa成型壓力下成型，生坯成型后密度達(dá)到63%，用機(jī)加工方法削除生坯的成型錐度，把碳化硼制品放入到燒結(jié)爐中，在真空下進(jìn)行脫脂，升溫速度為3°C/min，脫脂最高溫度為1000 °C，在1000 °C保溫時(shí)間為I小時(shí)，以3 °C/min升溫速度升溫到1500 °C，以3 °C /min升溫速度升溫到1800°C，充入高純氬氣，以2°C/min的升溫速度升溫到2250°C，并保溫30min，保溫結(jié)束后隨爐降溫。制得碳化硼燒結(jié)毛坯，然后根據(jù)碳化硼毛坯與標(biāo)準(zhǔn)樣品的尺寸差異進(jìn)行機(jī)加工。制得高溫氣冷堆控制棒用碳化硼芯塊。芯塊密度為82%T.D.，化學(xué)成分滿足核級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。
[0018]實(shí)施例三
本發(fā)明一種高溫氣冷堆控制棒用核級(jí)碳化硼芯塊制備方法，以平均粒徑為3μπι，比表面積:5m2/g的碳化硼粉末作原料，碳化硼粉中按比例摻入4%酸醛樹脂的酒精溶液后，混料，在80°C烘干、用擦篩法制粒，過20目篩，用鋼模成型方法在10MPa的壓力下成型，再用冷等靜壓機(jī)在300MPa成型壓力下成型，生坯成型后密度達(dá)到66%，用機(jī)加工方法削去樣品的錐度，把碳化硼制品放入到燒結(jié)爐中，在真空下進(jìn)行脫脂，升溫速度為2°C/min，脫脂最高溫度為900 0C，在900 0C保溫時(shí)間為I小時(shí)，以3 °C/min升溫速度升溫到1500 °C，充入高純氬氣，以2°C/min的升溫速度升溫到2300°C，并保溫30min，保溫結(jié)束后隨爐降溫。制得碳化硼燒結(jié)毛坯，然后根據(jù)碳化硼毛坯與標(biāo)準(zhǔn)樣品的尺寸差異進(jìn)行機(jī)加工。制得高溫氣冷堆控制棒用碳化硼芯塊。芯塊密度為85%T.D.，化學(xué)成分滿足核級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。
[0019]實(shí)施例四
本發(fā)明一種高溫氣冷堆控制棒用核級(jí)碳化硼芯塊制備方法，以平均粒徑為3μπι，比表面積:5m2/g的碳化硼粉末作原料，碳化硼粉中按比例摻入4%酸醛樹脂的酒精溶液后，混料，在80°C烘干、用擦篩法制粒，過20目篩，用鋼模成型方法在10MPa的壓力下成型，再用冷等靜壓機(jī)在300MPa成型壓力下成型，生坯成型后密度達(dá)到66%，用機(jī)加工方法削去樣品的錐度，把碳化硼制品放入到燒結(jié)爐中，在氬氣與氫氣混合氣保護(hù)下進(jìn)行脫脂，升溫速度為2°C/min，脫脂最高溫度為800°C，在800°C保溫時(shí)間為I小時(shí)，充氬氣，以3°C/min升溫速度升溫到1500°C，以5°C/min的升溫速度升溫到2300°C，并保溫30min，保溫結(jié)束后隨爐降溫。制得碳化硼燒結(jié)毛坯，然后根據(jù)碳化硼毛坯與標(biāo)準(zhǔn)樣品的尺寸差異進(jìn)行機(jī)加工。制得高溫氣冷堆控制棒用碳化硼芯塊。芯塊密度為85%T.D.，化學(xué)成分滿足核級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。
[0020]實(shí)施例五
本發(fā)明一種高溫氣冷堆控制棒用核級(jí)碳化硼芯塊制備方法，以平均粒徑為3μπι，比表面積:5m2/g的碳化硼粉末作原料，碳化硼粉中按比例摻入4%酸醛樹脂的酒精溶液后，混料，在80°C烘干、用擦篩法制粒，過20目篩，用鋼模成型方法在10MPa的壓力下成型，再用冷等靜壓機(jī)在300MPa成型壓力下成型，生坯成型后密度達(dá)到66%，用機(jī)加工方法削去樣品的錐度，把碳化硼制品放入到燒結(jié)爐中，在氫氣保護(hù)下進(jìn)行脫脂，升溫速度為2°C/min，脫脂最高溫度為8000C，在8000C保溫時(shí)間為I小時(shí)，在真空下再以30C/min升溫速度升溫到1500°C，充入高純氬氣，以5°C/min的升溫速度升溫到2300°C，并保溫30min，保溫結(jié)束后隨爐降溫。制得碳化硼燒結(jié)毛坯，然后根據(jù)碳化硼毛坯與標(biāo)準(zhǔn)樣品的尺寸差異進(jìn)行機(jī)加工。制得高溫氣冷堆控制棒用碳化硼芯塊。芯塊密度為85%T.D.，化學(xué)成分滿足核級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。
[0021 ]實(shí)施例六
本發(fā)明一種高溫氣冷堆控制棒用核級(jí)碳化硼芯塊制備方法，以平均粒徑為1.5μπι，比表面積:8m2/g的碳化硼粉末作原料，碳化硼粉中按比例摻入4%酚醛樹脂的酒精溶液后，混料，在80°C烘干、用擦篩法制粒，過20目篩，用鋼模成型方法在10MPa的壓力下成型，再用冷等靜壓機(jī)在300MPa成型壓力下成型，生坯成型后密度達(dá)到68%，用機(jī)加工方法削去樣品的錐度，把碳化硼制品放入到燒結(jié)爐中，在真空下進(jìn)行脫脂，升溫速度為2°C/min，脫脂最高溫度為8000C，在8000C保溫時(shí)間為I小時(shí)，再以2°C/min升溫速度升溫到1500°C，充入高純氬氣，以5°C/min的升溫速度升溫到2300°C，并保溫30min，保溫結(jié)束后隨爐降溫。制得碳化硼燒結(jié)毛坯，然后根據(jù)碳化硼毛坯與標(biāo)準(zhǔn)樣品的尺寸差異進(jìn)行機(jī)加工。制得高溫氣冷堆控制棒用碳化硼芯塊。芯塊密度為85%T.D.，化學(xué)成分滿足核級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。
[0022]綜上所述，按照本發(fā)明的方法制備出的高溫氣冷堆控制棒用核級(jí)碳化硼芯塊，其表面無裂紋，光潔度好，成本低，牡丹江金剛鉆公司熱壓法只能單件生產(chǎn)，而本發(fā)明所描述的核級(jí)碳化硼制品單爐次產(chǎn)量只受到爐腔尺寸的限制，可達(dá)幾百件/爐次以上，熱壓法制備碳化硼制品形狀簡單，對(duì)于帶凸臺(tái)的產(chǎn)品，則需要用金剛石刀具直接在碳化硼芯塊上加工出凸臺(tái)，效率低，成本非常高，而本發(fā)明所描述的核級(jí)碳化硼制備方法凸臺(tái)可直接成型，只需要對(duì)生坯進(jìn)行少量加工，幾乎不需要對(duì)燒結(jié)體進(jìn)行機(jī)加工就可達(dá)到芯塊技術(shù)條件尺寸要求。尹邦躍等人的工藝參數(shù)只適用于小芯塊的制備，如用碳化硼生坯用鋼模成型，按文獻(xiàn)中的方法壓力為350MPa時(shí)，必然導(dǎo)致大芯塊生坯開裂;沒有生坯加工步驟，則成品后期加工量也很大。
[0023]以上所述的【具體實(shí)施方式】，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】而已，并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高溫氣冷堆控制棒用核級(jí)碳化硼芯塊制備方法，其特征在于包括如下步驟: (a)混料:以碳化硼粉末為原料、以含有酚醛樹脂的酒精溶液為添加劑進(jìn)行混合； (b)烘干:混合后的在烘干室內(nèi)進(jìn)行烘干形成干混料； (c )制粒:干混料在造粒機(jī)的加工下形成顆粒； (d)鋼模成型:利用鋼模成型法將顆粒料在成型壓力作用下壓制成生坯； (e)等靜壓成型:將經(jīng)鋼模成型后的生坯用冷等靜壓機(jī)進(jìn)行處理； (f)生坯加工:對(duì)生坯進(jìn)行機(jī)加工，去除鋼模成型的脫模錐度與等靜壓成型處理后的變形量； (g)脫脂燒結(jié):把碳化硼生坯放入到燒結(jié)爐中，在氣氛保護(hù)或真空下進(jìn)行脫脂，再升溫到碳化硼的燒結(jié)溫度進(jìn)行燒結(jié)處理，脫脂與燒結(jié)在同一爐中進(jìn)行； (h)機(jī)加工:根據(jù)碳化硼毛坯與標(biāo)準(zhǔn)樣品的尺寸差異進(jìn)行機(jī)加工，制得高溫氣冷堆控制棒用核級(jí)碳化硼芯塊，如果尺寸差異小，則燒結(jié)毛坯不加工直接使用。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫氣冷堆控制棒用核級(jí)碳化硼芯塊制備方法，其特征在于所述的步驟(a)混料中，碳化硼粉末是由碳化硼粗粉經(jīng)核級(jí)碳化硼磨球球磨制得。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫氣冷堆控制棒用核級(jí)碳化硼芯塊制備方法，其特征在于所述的步驟(a)混料中，碳化硼粉末中硼的含量為73-81%，硼與碳的總含量高于96%，碳化硼粉末的平均粒徑為0.5-3μπι，比表面積:5-18m2/g，酚醛樹脂添加量為碳化硼粉末質(zhì)量的1%-6%。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫氣冷堆控制棒用核級(jí)碳化硼芯塊制備方法，其特征在于所述的步驟(d)鋼模成型中，成型壓力為50-150MPa。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫氣冷堆控制棒用核級(jí)碳化硼芯塊制備方法，其特征在于所述的步驟(e)等靜壓成型中，處理壓力為200-300MPa。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫氣冷堆控制棒用核級(jí)碳化硼芯塊制備方法，其特征在于所述的步驟(g)脫脂燒結(jié)中，脫脂的條件為:脫脂階段升溫速度為l_3°C/min，最高溫度為800-1000°C，保溫時(shí)間為30-120min，保護(hù)氣氛為氫氣、氬氣、氫氣與氬氣的混合氣、或真空。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫氣冷堆控制棒用核級(jí)碳化硼芯塊制備方法，其特征在于所述的步驟(g)脫脂燒結(jié)中，燒結(jié)的條件為:從脫脂溫度開始，按照升溫速度為1-3°C/min升至1500°C;然后在氬氣或真空的氣氛下，升溫速度為3-5°C/min升至1800°C;然后在氬氣的氣氛下，升溫速度為2_5°C/min升至2150-2300°C，并保持30-60min。
【文檔編號(hào)】C04B35/64GK105913888SQ201610303243
【公開日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年5月10日
【發(fā)明人】李圓圓, 劉海, 楊靜, 潘小強(qiáng), 尹昌耕, 黃衛(wèi)東, 喻沖
【申請(qǐng)人】中國核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院