[发明专利]核反应堆慢化中子用复合材料筒形件的制备方法

说明书

本发明涉及核辐射防护材料的制备，具体为核反应堆慢化中子用复合材料筒形件的制备方法。解决现有的核反应堆慢化中子用复合材料筒形件的制备方法，工艺流程相对复杂，同时筒形件的成型采用焊接工艺，因而制得的筒形件性能欠佳的问题。本发明采用放电等离子烧结技术制备铝基石墨复合材料坯料，对烧结制备的铝基石墨复合材料坯料进行机械加工，采用强力旋压的方法对机械加工后的铝基石墨复合材料坯料进行多道次的旋压成形，最终旋压成薄壁筒形件；旋压有利于提高复合材料致密度，强度、硬度等力学性能，同时提高了材料的利用率，降低制造成本。所制备的成品可用于乏燃料储存及核电站中筒形屏蔽体，是先进的制备复合材料筒形件的方法。

技术领域

本发明涉及核辐射防护材料的制备，具体为核反应堆慢化中子用复合材料筒形件的制备方法。

背景技术

石墨由于具有中子散射截面大，吸收截面小，质量数低，单位体积内的原子密度高等优点而广泛应用于反应堆中作中子慢化剂。中子慢化的机制是中子与慢化材料原子的弹性散射，把其携带的能量传递给慢化材料的原子，而石墨是除重水外最好的慢化材料，且价格便宜，又是耐高温材料。铝合金由于具有极佳的加工性能，优良的抗腐蚀性，高韧性及良好的抗辐照性等特点被广泛用于航空、航天、核电等领域。将石墨加入到铝合金当中制成铝合金基复合材料，在具有良好的塑性变形能力的同时还可有效慢化中子，作为辐射屏蔽材料应用于核电等领域。

现有的核反应堆慢化中子用复合材料筒形件的制备方法，工艺流程相对复杂，同时筒形件的成型采用焊接工艺，由于焊缝的存在给筒形件带来不利影响。

发明内容

本发明解决现有的核反应堆慢化中子用复合材料筒形件的制备方法，工艺流程相对复杂，同时筒形件的成型采用焊接工艺，因而制得的筒形件性能欠佳的问题，提供一种核反应堆慢化中子用复合材料筒形件的制备方法。该方法采用放电等离子烧结技术制备铝基石墨复合材料，再经旋压技术制备出复合材料筒形件，在减少工艺流程的同时，也避免了传统方法制备筒形件时因焊接过程而带来的不利影响。

本发明是采用如下技术方案实现的：核反应堆慢化中子用复合材料筒形件的制备方法，是由如下步骤实现的：

1）确定原料及配比

选用6061Al铝合金粉和石墨（C）粉，其中6061Al铝合金粉：石墨粉= 5:1；

2）制备圆筒形开合式模具

圆筒形开合式模具由圆筒形主模具和下垫块、上垫块构成；圆筒形开合式模具用石墨材料制作，主模具型腔表面粗糙度为Ra 0.08-0.16µm，主模具型腔尺寸为Ø30mm×70mm；

3）球磨混粉

将6061Al铝合金粉和石墨粉按5:1的比例放入球磨罐后在球磨机中进行球磨混粉，球磨机转速为500r/min，球磨混粉时间为8h，球磨后成混合粉；

4）装料

将圆筒形开合式模具的主模具置于钢质平板上，将下垫块置于主模具内底部，在下垫块上部铺设第一石墨纸，称取混合粉80g，置于第一石墨纸上部；在混合粉上部铺设第二石墨纸，在第二石墨纸上部置放上垫块；

5）放电等离子烧结炉内进行烧结

铝基石墨复合材料坯料的烧结是在放电等离子烧结炉内进行的，是在真空环境下、施压过程中完成的；

①打开放电等离子烧结炉，将步骤4）装好料的圆筒形开合式模具移入炉腔内的工作台上，圆筒形开合式模具与炉腔内的工作台垂直，并由放电等离子烧结炉内的上压头压紧圆筒形开合式模具，关闭炉门；

②开启外水循环冷却管，进行外水循环冷却；开启真空泵，抽取炉内空气，使炉内压强达5Pa，并恒定；