[发明专利]一种球体材料专用取样刀具

说明书

技术领域

本发明涉及一种球体材料专用取样刀具，特别涉及一种用于测量高温气冷堆球形燃料元件基体石墨球热性能的专用取样刀具。

背景技术

目前，我国球床式高温气冷堆所使用的球形燃料元件直径为60mm，结构为球形包覆颗粒（TRISO）弥散在燃料区的石墨基体中。作为燃料元件的结构材料，基体石墨使包覆燃料颗粒获得热工水力学条件，包括将热量传给冷却剂氦气。并作为慢化材料，对快中子有足够的慢化能力。同时还具有一定的滞留裂变产物的能力。

高温气冷堆球形燃料元件基体石墨材料的热导率和热膨胀各向异性度是两项非常重要的设计指标，必须准确测量和严格控制。所用热导率测试的试样直径一般为8-13mm左右，厚2-4mm，所用热膨胀系数测试的试样直径一般为4-8mm左右，长度20-50mm，均需要在同一个石墨球体的平行和垂直于压制方向上分别取样。而且，球形燃料元件生产中有大量基体石墨球样品，要求快速制样并测量。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是提供一种球体材料专用取样刀具，以克服现有的球形燃料元件基体石墨球热性能测试中取样方法存在的制样过程烦琐，加工时间长、人工投入多，工作量大等缺点。

（二）技术方案

为了解决上述问题，本发明提供了一种球体材料专用取样刀具，其包括：夹持部、颈部和切削刀片三个部分，其中，所述刀具夹持部和颈部由同一原料一体加工而成；每个刀具焊接多个切削刀片，切削刀片与颈部的切面存在一定夹角；并且所述取样刀具具有一个中心通孔，多个切削刀片的刀刃面相对于该中心通孔对称地排列。

其中，所述颈部取样腔内部尺寸比样品尺寸大0.2-2mm。。

其中，所述刀具夹持部厚度为3-7mm，颈部厚度为2-5mm，保证钻削时的强度和刚度。

其中，所述颈部分布若干个排屑孔，用于石墨粉尘的顺利排出。

其中，所述切削刀片一个刀刃部包括一个切削刃和一个附属的排屑面。

其中，所述切削刀片与颈部的切面的夹角为5-20°。

其中，所述刀具材料为工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷或超硬材料。

（三）有益效果

本发明提供的一种专用取样刀具，具有以下优点：

（1）与小型钻床、切割机联合使用，设备成本较低；

（2）操作简单，可以精确方便切削出预定规格的实验样品；

（3）省时省力、制样效率高。

附图说明

图1为本发明实施例石墨球热性能专用取样刀具的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例专用取样刀具包括：夹持部1、颈部2和切削刀片3三个部分。颈部2上还分布3-8个排屑孔4，用于石墨粉尘的顺利排出。刀具夹持部1和颈部2由同一原料一体加工而成的。每个刀具焊接多个切削刀片3，切削刀片3与颈部2的切面存在一定夹角。并且取样刀具具有一个中心通孔，多个切削刀片3的刀刃面相对于该孔对称地排列。所述颈部取样腔内部尺寸比样品尺寸稍大、避免取样过程中样品因挤压受力而折断，同时防止石墨粉尘的堆积。所述颈部2分布若干个排屑孔4，用于石墨粉尘的顺利排出。切削刀片一个刀刃部包括一个切削刃和一个附属的排屑面。刀具材料可以是工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷和超硬材料等。

本发明中的待制样的对象可以为球形燃料元件基体石墨球，也可以为陶瓷球或其他无机非金属材料、复合材料等压制成的球体或非球形的块体元件等，其大小应足够获得待测热性能所需的样品尺寸。

下面具体以球形燃料元件基体石墨球为例，说明其测量热导率、热膨胀系数样品的制样方法，其步骤如下：

（1）将特定尺寸的球体材料专用取样刀具安装到钻床上；

（2）将基体石墨球赤道面水平放置于钻床夹具上；

（3）启动钻床，取样刀具按一定转速在特定位置钻入石墨球直至从球体下端露出，一个完整的石墨柱被取出；

（4）将基体石墨球赤道面竖直放置于钻床夹具上；

（5）重复步骤3；

（6）取样完毕后，将所取样品夹于小型台式切割机上；

（7）将石墨柱切割成特定厚度的片状样品用作热导测试;