[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

摘要

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。

主权项

1.一种核反应堆慢化中子用复合材料筒形件的制备方法，其特征在于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；③开启压力电机，对模具施压，施加压力为30MPa；同时开启放电等离子加热器，加热、施压同时进行，加热温度为450oC，加热、施压时间5min；④继续升温、加压，加热温度为620oC，施加压力为40MPa，加热、施压同时进行，加热、施压时间10min；⑤ 停止加热、施压，随炉冷却至室温；⑥ 打开放电等离子烧结炉，取出圆筒形开合式模具；开模，取出烧结块体，即为铝基石墨复合材料坯料；6）打磨及洁净处理将铝基石墨复合材料坯料置于钢质平板上，用砂纸打磨周边及正反表面，使其清洁；然后用无水乙醇清洗，使其洁净；7) 机械加工将打磨及洁净处理后的铝基石墨复合材料坯料进行机械加工，即在圆柱体状的铝基石墨复合材料坯料的端面中心钻一个Ø15mm的轴向通孔，形成筒形件坯料，轴向通孔的内表面粗糙度为Ra 0.08-0.16µm；8)强力旋压成筒形件①用无水乙醇清洗筒形件坯料，使其洁净；②将石墨乳均匀涂覆在筒形件坯料的内外表面和强力旋压机的旋压主轴表面；③将筒形件坯料置于电阻加热炉内进行加热，加热温度为360oC±2oC，保温10min；④将强力旋压机的旋压主轴加热到200oC±2oC，然后将加热后的筒形件坯料安装在强力旋压机的旋压主轴上，进行第一道次旋压，旋压变形量为20%，旋压主轴转速为450r/min，旋轮轴向进给速度为100mm/min；⑤将经过第一道次旋压的筒形件坯料进行第二道次旋压，旋压变形量为10%，旋压主轴转速为450r/min，旋轮轴向进给速度为100mm/min； ⑥将经过第二道次旋压的筒形件坯料进行第三道次旋压，旋压变形量为10%，旋压主轴转速为450r/min，旋轮轴向进给速度为100mm/min；9)打磨、清洗将旋压后的筒形件坯料置于钢质平板上，用砂纸打磨各面，使其清洁；然后用无水乙醇进行清洗，使其洁净，得到最终产品——核反应堆慢化中子用复合材料筒形件。