[发明专利]一种高B4C含量铝基中子吸收材料板材的高效率制备方法

说明书

本发明涉及一种乏燃料贮运用高B₄C含量铝基中子吸收材料板材的高效率制备方法，包括以下步骤：(1)、将钢管模具下端用纯铝或铝合金垫密封；(2)、将碳化硼‑铝或铝合金混合粉末装入钢管模具内，钢管模具上端密封并冷压；(3)、将密封好的钢管模具置于真空热压炉内进行热压烧结制备出致密坯锭；(4)、将带铝或铝合金垫的坯锭热挤压成带板，挤压时铝或铝合金垫在前，挤压后的带板表面覆盖一层铝包覆层；(5)、将带铝包覆层的挤压带板截成所需尺寸后反复退火热轧，待板材轧制到一定厚度时去除上下表面铝包覆层(或不去除)，再反复退火热轧获得最终B₄C/Al中子吸收材料板材。采用该方法可在较高的效率下轧制出高B₄C含量的铝基中子吸收材料板材。

技术领域

本发明属于乏燃料贮运用铝基中子吸收材料制备领域，具体提供一种高B₄C含量铝基中子吸收材料板材的高效率制备方法。该材料可用于制造乏燃料干式贮存、运输容器的格架等领域。

背景技术

核电站使用过的核燃料一般称为乏燃料，据统计，一台百万千瓦核电机组每年约卸出约20吨乏燃料。因乏燃料后处理难度大、成本高，目前大多数国家都采取暂时贮存的方式，分为湿法贮存和干式贮存。一般乏燃料从反应堆卸出后先在乏燃料贮存水池中暂时贮存(5～15)年，待乏燃料衰变到一定程度再进行湿式或干式离堆贮存或进行后处理。

因新卸出乏燃料衰变能高，要在乏燃料水池中实现高密度贮存，需要高硼含量中子吸收材料来维护乏燃料的次临界状态。如目前新建乏燃料水池中大量使用的碳化硼铝中子吸收材料主要以31％B₄C含量为主。中子吸收材料主要应用形式为板材，碳化硼铝基中子吸收材料的常规制备方法主要为坯锭制备、带板挤压、板坯反复退火热轧制成成品板。目前大量使用的高致密度铝基中子吸收材料主要采用铸造法(如专利“一种碳化硼铝基复合材料及中子吸收板”，申请号为201410560252.X)、粉末冶金无压烧结法(如专利“B₄C-Al复合材料制备方法”，申请号为201010607497.5)及热压烧结法(如专利“一种铝基碳化硼中子吸收复合材料的制备方法”，申请号为201110224888.3)等。其中铸造法很难制备高B₄C含量铝基中子吸收材料坯锭，目前少量使用的以小于30％B₄C为主；粉末冶金无压烧结法制备高B₄C含量铝基中子吸收材料坯锭时，因铝自烧结性能较差，加上大量 B₄C颗粒的存在，很难获得致密的坯锭。热压烧结法是获得高致密度高B₄C 含量铝基中子吸收材料坯锭的最有效方法。然而高B₄C含量铝基中子吸收材料因碳化硼含量高，其室温及高温下塑性低，因此热变形难度很大，挤压和轧制过程中工艺控制不当极易造成开裂。且碳化硼颗粒对挤压模具磨损较大，降低挤压模具寿命，导致低的挤压效率与高的模具成本。更重要的是常规高碳化硼含量铝基中子吸收材料从板坯到成品板一般都需要30余道次反复退火热轧工艺来完成，导致其生产效率低、成本高。

近年来，日本新开发了高B₄C含量铝基中子吸收材料，并命名为的制备方法是将混合粉末装入铝盒内封口烧结，再反复退火热轧制成的一种三明治结构(上下层为铝，中间层为高B₄C含量铝基中子吸收材料)，虽然芯部B₄C可高达50％，但因板坯未经挤压工序，板坯致密度较差，颗粒与铝基本的结合强度低，轧制效率也较低。

发明内容

本发明的目的在于提供高B₄C含量铝基中子吸收材料板材的高效率制备方法，解决现有方法制备高B₄C含量铝基中子吸收材料坯锭难、挤压过程中挤压模具磨损高且易开裂及轧制效率低的问题，适用于制造乏燃料湿法贮存、运输用高效中子吸收材料的制备。

本发明的技术方案是：

一种乏燃料贮运用高B₄C含量铝基中子吸收材料板材的高效率制备方法，其特征在于，包括以下步骤：