【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及核反应堆，尤其涉及一种非镀膜中子吸收球制备方法及中子吸收球。
技术介绍
1、高温气冷堆是一种先进的核反应堆。高温气冷堆的一个关键组成部分是吸收球停堆系统，其工作原理是利用负压输送过程，将含有高吸收截面材料(如b4c)的小球输送到反应堆堆芯的反射层孔道内。在紧急情况下，这些小球会进入堆芯，通过吸收中子来减少反应堆的功率，从而达到停堆的目的；在非紧急情况下，这些小球可以被回收并储存在堆顶的贮球罐内。这些小球通常被称为中子吸收球(neutron absorber balls，简称nabs)。
2、根据使用场景，中子吸收球需要同时具有良好的耐磨性和导电性：由于中子吸收球需要在反应堆堆芯的反射层孔道内运动，为防止孔道发生堵塞造成停堆系统失效，必须要求中子吸收球具有较好的耐磨损性能；核反应堆的运行可能涉及到电磁场的使用，导电材料可以提供电磁兼容性，减少电磁干扰，保证反应堆控制系统的稳定，而在一些设计中，中子吸收球可能与控制棒的驱动机制相连，导电性有助于控制棒的精确移动和定位。
3、然而，中子吸收球的导电性通常需要通过添加石墨来实现，而石墨的晶体结构是由层状的碳原子以sp2杂化轨道形成的六角形平面网状结构，层与层之间通过范德华力相互连接。这种结构使得石墨层之间容易滑动和剥离，导致耐磨性较差。
4、为解决上述问题，在公开资料中，有技术方案采用乙炔气体通过化学气相沉积法(cvd)工艺，对吸收球坯体进行表面包覆处理，形成表面包覆热解炭层，其原理是在中子吸收球的表面形成一层耐磨材料，以提高耐磨性。这种
技术实现思路
1、针对现有技术存在的缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是提出一种非镀膜中子吸收球制备方法及中子吸收球，通过改良吸收球微观结构，使得中子吸收球具有良好耐磨性的同时具有更好的导电性和中子吸收效率。
2、为解决上述技术问题，本专利技术提出一种非镀膜中子吸收球制备方法，包括以下工艺步骤：
3、一种非镀膜中子吸收球制备方法，包括依次进行以下工艺步骤：
4、制浆工序：取碳化硼粉体以及碳化硅粉体，并加入石墨粉，通过湿法球磨工艺混合均匀，形成膏状浆料；
5、成型工序：将膏状浆料注入成型模具制成球形坯体；
6、烧成工序：将球形坯体高温烧结；
7、本专利技术的非镀膜中子吸收球制备方法还包括浸焙工序：将烧结后的球形坯体置于盛有液态浸渍剂的压力容器中进行浸渍，取出后转入加热炉焙烧，重复上述过程至少一次。
8、中子吸收球的主要成分是碳化硼以及碳化硅，两者均为陶瓷材料，拥有良好的耐磨性，经分析中子吸收球的耐磨性下降主要是由于为了具备良好的导电性而添加了石墨材料。鉴于此，本专利技术转换思路，将石墨作为耐磨性提升的主要成分，借鉴石墨电极制造的浸焙工艺改良石墨晶体结构，从而提高中子吸收球的耐磨性。同时，由于浸焙工艺中液态浸渍剂会进入球形坯体的孔隙，焙烧后使液态浸渍剂在球形坯体中炭化并固化，不会在中子吸收球表面形成包覆性的外膜，降低了对导电性和中子吸收效率的影响。
9、具体的，浸焙工序中浸渍与焙烧工作总共进行四次，即采用四浸四焙工艺。通过多次浸渍和焙烧，可以逐步提高中子吸收球的体积密度和机械强度，这样重复的过程有助于获得更密实的结构，但是过多的浸渍和焙烧可能导致生产成本增加。石墨电极通常采用“三浸三焙”工艺，但中子吸收球单价高且耐磨性要求更高，更细致地分步浸渍和焙烧，可以更精确地控制产品质量，减少废品率，从而在整体上控制生产成本。
10、其中，浸焙工序中前两次浸渍采用的液态浸渍剂是沥青，后两次浸渍采用的液态浸渍剂是高残碳树脂，所述高残碳树脂的残碳量大于30％。沥青是最常见的浸渍剂，其成本低廉且在适当的温度下具有良好的流动性，因此作为前两次浸渍的浸渍剂。而树脂具有更好的渗透性，能够更深入地渗透到多孔材料的微孔中，提高浸渍效果，同时可以改善复合材料的层间剪切强度和抗疲劳性能，因此作为后两次浸渍的浸渍剂。
11、作为优选，浸焙工序中浸渍前对球形坯体进行预热，使球形坯体温度达到500-550℃。石墨电极制造过程中也会对坯体进行预热，预热温度通常控制在200-400℃之间。由于预热温度越高，渍剂在渗透过程中可以保持更适当的流动性和温度，更重要的是可以减少材料在浸渍或焙烧过程中由于温差引起的热冲击，避免材料产生裂纹或损坏，但过高的温度可能导致材料结构热降解或破坏，也会引起热应力增加而导致材料开裂。中子吸收球作为以陶瓷为基体的产品，有良好的热稳定性，同时对充分浸渍有更高的要求，因此选择预热温度为500-550℃。
12、进一步的，浸焙工序中球形坯体置于压力容器中后对压力容器进行抽真空，再利用压力装置将液态浸渍剂注入压力容器，使压力容器中压力达到2-2.5mpa。同样的，本专利技术采用的浸渍压力相较于石墨电极加工更高，原因是中子吸收球具有更高的材料强度，坯体孔隙也具有更高的强度，更高的压力在保证产品安全性前提下，可以更好地推动浸渍剂进入中子吸收球。
13、进一步优选方案是，制浆工序中制得膏状浆料后，在膏状浆料中加入碳化硼颗粒，碳化硼颗粒由热压烧成的碳化硼陶瓷体破碎而得，所述碳化硼颗粒的密度ρ＝2.48-2.52g/cm3。由于碳化硅比碳化硼容易烧结致密，因此在烧成中子吸收球过程中碳化硅达到致密状态时，碳化硼结构往往还达不到致密要求，其一定程度上影响了中子吸收球的耐磨性，但事实上单纯的碳化硼可以通过热压烧成致密，因此本方案除原先球体中含有的碳化硼外，另取碳化硼通过热压烧成并破碎，得到的碳化硼颗粒拥有致密结构而拥有较好的耐磨性。将碳化硼颗粒加入膏状浆料后，制成的球形坯体在焙烧致密收缩后，分布于球形坯体表面的碳化硼颗粒突出，形成类似球体上密布众多凸起的结构，烧成后的中子吸收球在滚动时，具有高耐磨性的碳化硼颗粒与其他物体发生接触，减少了中子吸收球中石墨的磨损可能。同时，凸起的碳化硼颗粒也可以提高中子吸收效率。
14、优选的，碳化硼颗粒的粒径分布为通过60目筛网和80目筛网之间，d50值为70目。大的碳化硼颗粒可能导致中子吸收球表面过于粗糙，同时也会导致中子吸收球结构遭到破坏，容易开裂。而碳化硼颗粒过小，则会使碳化硼颗粒难以突出中子吸收球表面，影响设计目标。
15、本专利技术的非镀膜中子吸收球制备方法还包括磨球工序，磨球工序在浸焙工序之后，磨球工序中球形坯体的磨削双边余量不超过0.15mm。由于碳化硼颗粒可能具有一些棱角，可能会对接触物体造成损伤，因此对其进行磨削，去除棱角，但磨削余量不宜过大，过大的磨削余量同样可能导致碳化硼颗粒凸出亮不足。
16、碳化硼粉体以及碳化硼颗粒合计的质量百分比为20％-35％，碳化硅粉体的质量百分比为45％-60％，石墨粉的质量百分比为5％-10％。中子吸收球要求具有合适的强度、硬度、耐磨损性、抗冲击性等综合性能，因此需要选择合适的基体材料和中子吸收剂配比。
17、本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种非镀膜中子吸收球制备方法，包括依次进行以下工艺步骤：
2.根据权利要求1所述的非镀膜中子吸收球制备方法，其特征在于：所述浸焙工序中浸渍与焙烧工作总共进行四次，即采用四浸四焙工艺。
3.根据权利要求2所述的非镀膜中子吸收球制备方法，其特征在于：所述浸焙工序中前两次浸渍采用的液态浸渍剂是沥青，后两次浸渍采用的液态浸渍剂是高残碳树脂，所述高残碳树脂的残碳量大于30％。
4.根据权利要求1所述的非镀膜中子吸收球制备方法，其特征在于：所述浸焙工序中浸渍前对球形坯体进行预热，使所述球形坯体温度达到500-550℃。
5.根据权利要求1所述的非镀膜中子吸收球制备方法，其特征在于：所述浸焙工序中球形坯体置于压力容器中后对压力容器进行抽真空，再利用压力装置将所述液态浸渍剂注入压力容器，使所述压力容器中压力达到2-2.5MPa。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的非镀膜中子吸收球制备方法，其特征在于：所述制浆工序中制得膏状浆料后，在所述膏状浆料中加入碳化硼颗粒，所述碳化硼颗粒由热压烧成的碳化硼陶瓷体破碎而得，所述碳化硼颗粒的密度ρ
7.根据权利要求6所述的非镀膜中子吸收球制备方法，其特征在于：所述碳化硼颗粒的粒径分布为通过60目筛网和80目筛网之间，D50值为70目。
8.根据权利要求7所述的非镀膜中子吸收球制备方法，其特征在于：还包括磨球工序，所述磨球工序在浸焙工序之后，所述磨球工序中球形坯体的磨削双边余量不超过0.15mm。
9.根据权利要求8所述的非镀膜中子吸收球制备方法，其特征在于：所述碳化硼粉体以及碳化硼颗粒合计的质量百分比为20％-35％，所述碳化硅粉体的质量百分比为45％-60％，所述石墨粉的质量百分比为5％-10％。
10.中子吸收球，其特征在于：按照如权利要求1-9所述的中子吸收球制备方法制备而成。
...【技术特征摘要】
1.一种非镀膜中子吸收球制备方法，包括依次进行以下工艺步骤：
2.根据权利要求1所述的非镀膜中子吸收球制备方法，其特征在于：所述浸焙工序中浸渍与焙烧工作总共进行四次，即采用四浸四焙工艺。
3.根据权利要求2所述的非镀膜中子吸收球制备方法，其特征在于：所述浸焙工序中前两次浸渍采用的液态浸渍剂是沥青，后两次浸渍采用的液态浸渍剂是高残碳树脂，所述高残碳树脂的残碳量大于30％。
4.根据权利要求1所述的非镀膜中子吸收球制备方法，其特征在于：所述浸焙工序中浸渍前对球形坯体进行预热，使所述球形坯体温度达到500-550℃。
5.根据权利要求1所述的非镀膜中子吸收球制备方法，其特征在于：所述浸焙工序中球形坯体置于压力容器中后对压力容器进行抽真空，再利用压力装置将所述液态浸渍剂注入压力容器，使所述压力容器中压力达到2-2.5mpa。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的非镀膜中子吸...
【专利技术属性】
技术研发人员：张天峰，李华坚，冯晓霞，张学稳，张俊华，
申请(专利权)人：兰溪泛翌精细陶瓷有限公司，
类型：发明
国别省市：
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