[发明专利]一种核乏燃料贮存用B4

说明书

本发明提供了一种核乏燃料贮存用B₄C_p/Al中子吸收材料及其制备方法，首先采用不同粒度的B₄C与不同粒度的Al颗粒经高能球磨混合后烧结制备复合材料块体，构建多元跨尺度微粒复合的B₄C_p/Al中子吸收材料，再通过均匀化处理、磁致诱导异步叠轧处理、高温‑深冷循环处理、退火处理对B₄C_p/Al复合材料块体进行强韧化处理；获得B₄C_p/Al中子吸收材料的致密度高、微气孔少、强韧度优异、延伸率良好、中子吸收性能高，可以保证中子吸收材料在高放射性场所应用过程中的稳定性及安全性。该方法工艺先进、颗粒粒度配比合理、工艺简便，消除复合材料中微气孔，明显改善材料的强韧性能，提高材料的延伸率及中子吸收能力，具有重要的进步意义。

技术领域

本发明涉及核能源领域的中子吸收材料，具体涉及一种核乏燃料贮存用B₄C_p/Al中子吸收材料及其制备方法。

背景技术

核电事业的快速发展，导致反应堆核乏燃料越来越多，核乏燃料具有极强的α、β、γ射线，有一定的中子发射率，还伴有热量产生。如何安全贮存这些具有高放射性、高毒性的废物将成为严峻问题。中子吸收材料能够对核乏燃料进行安全地贮存和运输，其不仅可以吸收核乏燃料自发衰变产生的中子，还能维持核乏燃料在次临界状态，防止放射性物质向外部环境的扩散。

中子吸收材料最普遍的是制成中子吸收板材进行使用。使用时，核反应堆卸下的核乏燃料棒集中装载在不锈钢格架中，中子吸收板材则插在不锈钢格架与核乏燃料棒之间的缝隙内，通过中子吸收板材对核乏燃料棒释放的中子进行吸收，从而隔绝向外的辐射。

现有的较为成熟的制备中子吸收材料的方法主要有粉末冶金法和液态搅拌法。现有的由粉末冶金法制备的B₄C_p/Al中子吸收材料因其制备方法简单、绿色环保，有利于工业化生产而广泛应用。但用粉末冶金法制备的中子吸收材料的中子吸收性能、安全贮存性能各不相同，差异显著。经常因为致密度低、气孔过多，硬度不足、强度低、塑性较低、延伸率不足等缺点，在贮存过程中发生安全事故，在贮存时核乏燃料过热引发安全事故，并且严重时出现中子吸收板材发生破裂，进而无法有效吸收中子，导致严重的辐射问题。中国专利CN104611653B 公开了一种核乏燃料贮存和运输用Al-B₄C中子吸收材料的热处理方法，该方法包括固溶处理、淬火处理、时效处理等；能够对Al-B₄C中子吸收材料进行热处理，有效改善B₄C陶瓷颗粒的分布均匀性，使其获得较高的综合性能，可以保证产品长期运行的稳定性以及安全性。经试验验证，经本发明处理后的材料具有良好的显微组织结构，能够有效保证Al-B₄C中子吸收材料在高放射性场所应用过程中的稳定性及安全性。但该方法工艺步骤繁多，不利于工业化的生产，并且所处理过的中子吸收材料致密性低，材料气孔较多，严重影响了复合材料的综合性能，复合材料的强度、硬度、塑性、延伸率有待提高。

发明内容

基于现有技术，本发明的目的在于提供一种核乏燃料贮存用B₄C_p/Al中子吸收材料及其制备方法，有效的消除复合材料中微气孔的存在，明显改善中子吸收材料的强韧度，提高材料的延伸率及中子吸收能力。本发明所述的制备方法，工艺步骤少，工艺简单，能够明显提高中子吸收材料的强韧度，提高材料延伸性及中子吸收能力，获得性能优异、稳定的B₄C_p/Al 中子吸收材料。

本发明的目的是通过以下方案实现的：

一种核乏燃料贮存用B₄C_p/Al中子吸收材料的制备方法，其特征在于：