一種高中子吸收率中子吸收復合材料的制備方法與流程

本發明涉及一種復合材料的制備方法，具體涉及一種高中子吸收率中子吸收復合材料的制備方法。

背景技術：

核電由于高效、低耗、綠色等優點，成為與火電、水電并稱的世界三大電力供應支柱；b4c/al中子吸收材料是當今發達國家三代電站乏燃料干濕密集貯存格架及其運輸容器反應性控制用的最新材料。

傳統的中子吸收用b4c/al復合材料采用箱體松裝軋制工藝，b4c和al經均勻混合后松裝于鋁合金箱體，經排氣后直接軋制，得到的復合材料為三明治結構，在上下兩層鋁板中間的是仍然為粉體、未形成連續的復合塊體的材料，因此，產品的力學性能差、熱導率低、中子吸收能力不穩定。

技術實現要素：

本發明針對上述問題提出了一種高中子吸收率中子吸收復合材料的制備方法，保證材料的冶金質量，保證復合材料具有優良的力學性能、熱導率和中子吸收能力。

具體的技術方案如下：

一種高中子吸收率中子吸收復合材料的制備方法，其步驟如下：

(1)按重量份數計稱取碳化硼粉8-40份、鋁合金粉32-96份和輕稀土粉0.1-10份；

(2)將碳化硼粉、鋁合金粉和輕稀土粉加入混粉設備中進行混料；

(3)將經過混粉設備混合均勻后的物料加入真空燒結爐中進行燒結得到軋坯；

(4)在軋坯的四個側壁上澆注一層厚度為0.05-1cm的鋁合金層后進行模壓；

(5)模壓后進行3-8道次熱軋處理，軋制道次間經450～500℃退火處理，即可得到高中子吸收率中子吸收復合材料。

上述一種高中子吸收率中子吸收復合材料的制備方法，其中，所述混粉設備包括殼體，殼體頂部設有第一開口，殼體上還設有一圈第一支撐環，第一支撐環截面呈l形結構，包繞設置在第一開口外部，第一支撐環上設有截面為n形結構的第二支承蓋，第二支承蓋上設有進料機構；殼體內設有分隔機構，分隔機構上方設有混料裝置、分隔機構下方設有承料機構，所述進料機構包括依次連接的進料斗、分料管和第一進料管，第一進料管為圓環形結構，分料管連接第一進料管和進料斗，第一進料管穿過第二支承蓋且固定在第二支承蓋上；

所述混料裝置包括混料桶、第一混料機構、第二混料機構，所述混料桶為頂端開口的筒體結構，所述混料桶內設有導料板，所述導料板為球冠結構，混料桶的開口端為固定端、混料桶的未開口端為混料端，固定端為圓柱體結構、混料端為圓臺形結構，混料端的直徑自上而下逐漸減小，混料桶的混料端上設有若干第一出料孔，混料桶的固定端上設有一圈第一卡接凸塊和一圈第二卡接凸塊，第一卡接凸塊可滑動的設置在第一開口內壁上，第二卡接凸塊可滑動的設置在第一支撐環內壁上，使混料桶可轉動的固定在殼體上，所述混料桶上還設有一圈第一齒條，第一齒條位于第一支撐環與殼體圍繞形成的空腔中，第二支承蓋上設有第一電機，第一電機一端穿過第二支承蓋與第一支撐環，其上設置的第一主動齒輪與第一齒條相嚙合；所述第一混料機構包括主軸、攪拌桿、第一攪拌葉組和第二攪拌葉組，主軸一端固定在第二支承蓋上、另一端通過軸套可旋轉的與混料桶底部相連接，攪拌桿的數量為6個、8個或者10個，均勻的周向固定在主軸上，第一攪拌葉組和第二攪拌葉組交替設置在攪拌桿上，第一攪拌葉組由3個攪拌葉組成，第二攪拌葉組由2個攪拌葉組成，第一攪拌葉組和第二攪拌葉組的攪拌葉交錯設置，攪拌葉傾斜的設置在攪拌桿上，所述攪拌葉與攪拌桿之間的夾角a為60-70°；所述第二混料機構包括自上而下固定在混料桶外壁的第一混料板組、第二混料板組和第三混料板組，第一混料板組、第二混料板組和第三混料板組均由相同數量的混料板組成，相鄰兩個混料板組之間的混料板交錯設置，所述混料板包括連接板和攪拌板，連接板傾斜的固定在混料桶外壁上，攪拌板豎直的固定在連接板上；

所述承料機構包括承料斗和振動第一電機，承料斗設置在振動第一電機上，承料斗底部設有傾斜設置的導料平臺，承料斗上設有出料管，出料管位于導料平臺的最低端；

所述分隔機構包括側擋板、底板和調節板，側擋板傾斜的固定在底板外周，所述底板上設有若干第二出料孔，調節板一端通過彈簧固定在底板的調節腔內，另一端與電動推桿相連接，調節板上設有第三出料孔，第三出料孔的大小、分布與第二出料孔相同；通過電動推桿使調節板移動、從而調節第二出料孔的開啟和關閉。

上述一種高中子吸收率中子吸收復合材料的制備方法，其中，所述真空燒結爐包括爐體、燒結模具、脫模機構；所述爐體側壁上設有加熱區域，所述燒結模具包括上套模和下襯模，所述上套模為底部開口的長方體結構，上套模通過第一支架固定在爐體內腔體的頂部，所述下襯模包括襯板和塞板，塞板固定在襯板上方，塞板與上套模的底部開口端相契合，襯板底部設有第一限位凸塊，第一限位凸塊兩側分別設有一個第二限位凹槽，所述上套模上設有第二進料管；

所述脫模機構包括托板、第一支撐板、第二支撐板，托板的數量為兩個，兩個托板分別設置在下襯模的兩側，每個托板通過兩個第一氣缸固定在爐體內腔體內，托板上設有輔托板，兩個托板上的輔托板相對設置，下襯模設置在輔托板上，輔托板上設有第二限位卡塊，第二限位卡塊插入式的設置在第二限位凹槽內，所述第一支撐板設置在爐體內腔體的底部，第一支撐板上設有第一限位凹槽，第一限位凹槽的位置、大小與第一限位凸塊的位置、大小相對應，第一支撐板的高度h1大于托板的高度h2，所述第二支撐板的數量為兩個，分別設置在第一支撐板的兩側，第二支撐板的位置與托板的位置相對應，所述襯板的高度h3大于2cm；

所述第一支撐板底部設有兩個滑塊，滑塊可滑動的設置在爐體內壁的滑槽內，第一支撐板底部設有兩個截面為半圓形結構的第一調節槽，第一調節槽的內壁上設有內螺紋，爐體內壁的底部相應的設有兩個截面為半圓形結構的第二調節槽，第二調節槽的內壁為光滑結構，第一調節槽與第二調節槽相互拼接形成圓形結構的調節通道，設有外螺紋的絲桿穿過調節通道可轉動的固定在爐體側壁和固定軸承之間，絲桿的外螺紋與第一調節槽的內螺紋相嚙合，絲桿穿過爐體的一端設有從動齒輪，從動齒輪與第二電機的第二主動齒輪相嚙合；

所述爐體的內腔壁為長方體結構，爐體的開口端位于爐體側壁上，爐門與爐體滑動連接，爐門頂部設有第二連桿，第二連桿與固定在爐體頂部的第二氣缸相連接，第二氣缸控制爐門的開合。

上述一種高中子吸收率中子吸收復合材料的制備方法，其中，所述混粉設備的混料方式為：物料經進料機構分散的進入混料桶中，第一電機帶動混料桶以30-70r/min的速度進行轉動，而第一混料機構并不轉動，物料在第一混料機構的作用下以進行攪拌混合，攪拌30-80min后，將混料桶的轉動速度提高為60-200r/min，初步混合的物料自第一出料孔進入殼體內，位于分隔機構上，此時，第二出料孔處于關閉狀態，物料在第二混料機構的作用下繼續攪拌混合，攪拌60-180min后，通過電動推桿的作用拉動調節板，使第二出料孔和第三出料孔相對齊，物料進入承料斗中，并在振動第一電機的作用下從出料管出料。

上述一種高中子吸收率中子吸收復合材料的制備方法，其中，所述真空燒結爐的燒結方式為：初始狀態時，爐門處于關閉狀態，第一氣缸處于收縮狀態，下襯模在托板的作用下與上套模相互作用處于閉合狀態，此時，襯板頂部與上套模底部之間的間距為0.5-1cm，通過第二進料管向燒結模具內注入混合后的物料，物料注滿后進行真空燒結，燒結1-2h后，繼續收縮第一氣缸，使襯板頂部與上套模底部相互貼合，繼續燒結2-4h即可；脫模處理時，伸展第一氣缸，下襯模隨之下降至第一支撐板上后，托板繼續向下運轉直至與第二支撐板相貼合，此時，托板與下襯模相互分離，再進一步通過電機的轉動帶動絲桿轉動，從而使第一支撐座向爐體開口處移動，通過第二氣缸向上提升打開爐門，取出產品，再反向操作即可。

本發明的有益效果為：

(1)本發明混粉更加充分，避免對原材料造成傷害，提高了效率，降低了成本，確保了產品品質。

(2)本發明直接對粉料進行真空燒結，操作簡單，脫模方便，適應強，安全可靠。

(3)本發明保證材料的冶金質量，保證復合材料具有優良的力學性能、熱導率和中子吸收能力。

附圖說明

圖1為本發明混粉設備剖視圖。

圖2為本發明第一混料機構俯視圖。

圖3為本發明真空燒結爐的爐門關閉狀態剖視圖。

圖4為本發明真空燒結爐的爐門開啟狀態剖視圖。

圖5為本發明真空燒結爐的a-a方向剖視圖(1)。

圖6為本發明真空燒結爐的a-a方向剖視圖(2)。

具體實施方式

為使本發明的技術方案更加清晰明確，下面結合附圖對本發明進行進一步描述，任何對本發明技術方案的技術特征進行等價替換和常規推理得出的方案均落入本發明保護范圍。

附圖標記

殼體11、第一開口12、第一支撐環13、第二支承蓋14、進料機構15、進料斗16、分料管17、第一進料管18、分隔機構19、混料桶110、第一混料機構111、第二混料機構112、固定端113、混料端114、第一出料孔115、第一卡接凸塊116、第二卡接凸塊117、第一齒條118、第一電機119、第一主動齒輪120、導料板121、主軸122、攪拌桿123、第一攪拌葉組124、第二攪拌葉組125、攪拌葉126、第一混料板組127、第二混料板組128、第三混料板組129、混料板130、連接板131、攪拌板132、承料斗133、振動第一電機134、導料平臺135、出料管136、側擋板137、底板138、調節板139、彈簧140、電動推桿141、第三出料孔142、第二出料孔143、爐體21、燒結模具22、脫模機構23、上套模24、下襯模25、第一支架26、襯板27、塞板28、第一限位凸塊29、第二限位凹槽210、第二進料管211、托板212、第一支撐板213、第二支撐板214、第一氣缸215、輔托板216、第二限位卡塊217、第一限位凹槽218、滑塊219、第一調節槽220、第二調節槽221、固定軸承223、從動齒輪224、第二電機225、第二主動齒輪226、爐門227、第二連桿228、第二氣缸229。

一種高中子吸收率中子吸收復合材料的制備方法，其步驟如下：

(1)按重量份數計稱取碳化硼粉8-40份、鋁合金粉32-96份和輕稀土粉0.1-10份；

(2)將碳化硼粉、鋁合金粉和輕稀土粉加入混粉設備中進行混料；

(3)將經過混粉設備混合均勻后的物料加入真空燒結爐中進行燒結得到軋坯；

(4)在軋坯的四個側壁上澆注一層厚度為0.05-1cm的鋁合金層后進行模壓；

(5)模壓后進行3-8道次熱軋處理，軋制道次間經450～500℃退火處理，即可得到高中子吸收率中子吸收復合材料。

如圖1、圖2所示，混粉設備包括殼體11，殼體頂部設有第一開口12，殼體上還設有一圈第一支撐環13，第一支撐環截面呈l形結構，包繞設置在第一開口外部，第一支撐環上設有截面為n形結構的第二支承蓋14，第二支承蓋上設有進料機構15，所述進料機構包括依次連接的進料斗16、分料管17和第一進料管18，第一進料管為圓環形結構，分料管連接第一進料管和進料斗，第一進料管穿過第二支承蓋且固定在第二支承蓋上；殼體內設有分隔機構19，分隔機構上方設有混料裝置、分隔機構下方設有承料機構；

所述混料裝置包括混料桶110、第一混料機構111、第二混料機構112，所述混料桶為頂端開口的筒體結構，混料桶的開口端為固定端113、混料桶的未開口端為混料端114，固定端為圓柱體結構、混料端為圓臺形結構，混料端的直徑自上而下逐漸減小，混料桶的混料端上設有若干第一出料孔115，混料桶的固定端上設有一圈第一卡接凸塊116和一圈第二卡接凸塊117，第一卡接凸塊可滑動的設置在第一開口內壁上，第二卡接凸塊可滑動的設置在第一支撐環內壁上，使混料桶可轉動的固定在殼體上，所述混料桶上還設有一圈第一齒條118，第一齒條位于第一支撐環與殼體圍繞形成的空腔中，第二支承蓋上設有第一電機119，第一電機一端穿過第二支承蓋與第一支撐環，其上設置的第一主動齒輪120與第一齒條相嚙合，所述混料桶內設有導料板121，所述導料板為球冠結構；所述第一混料機構包括主軸122、攪拌桿123、第一攪拌葉組124和第二攪拌葉組125，主軸一端固定在第二支承蓋上、另一端通過軸套可旋轉的與混料桶底部相連接，攪拌桿的數量為6個、8個或者10個，均勻的周向固定在主軸上，第一攪拌葉組和第二攪拌葉組交替設置在攪拌桿上，第一攪拌葉組由3個攪拌葉126組成，第二攪拌葉組由2個攪拌葉組成，第一攪拌葉組和第二攪拌葉組的攪拌葉交錯設置，攪拌葉傾斜的設置在攪拌桿上，所述攪拌葉與攪拌桿之間的夾角a為60-70°；所述第二混料機構包括自上而下固定在混料桶外壁的第一混料板組127、第二混料板組128和第三混料板組129，第一混料板組、第二混料板組和第三混料板組均由相同數量的混料板130組成，相鄰兩個混料板組之間的混料板交錯設置，所述混料板包括連接板131和攪拌板132，連接板傾斜的固定在混料桶外壁上，攪拌板豎直的固定在連接板上；

所述承料機構包括承料斗133和振動第一電機134，承料斗設置在振動第一電機上，承料斗底部設有傾斜設置的導料平臺135，承料斗上設有出料管136，出料管位于導料平臺的最低端；

所述分隔機構包括側擋板137、底板138和調節板139，側擋板傾斜的固定在底板外周，所述底板上設有若干第二出料孔143，調節板一端通過彈簧140固定在底板的調節腔內，另一端與電動推桿141相連接，調節板上設有第三出料孔142，第三出料孔的大小、分布與第二出料孔相同；通過電動推桿使調節板移動、從而調節第二出料孔的開啟和關閉。

如圖3-圖6所示，所述真空燒結爐包括爐體21、燒結模具22、脫模機構23；所述爐體側壁上設有加熱區域，所述燒結模具包括上套模24和下襯模25，所述上套模為底部開口的長方體結構，上套模通過第一支架26固定在爐體內腔體的頂部，所述下襯模包括襯板27和塞板28，塞板固定在襯板上方，塞板與上套模的底部開口端相契合，襯板底部設有第一限位凸塊29，第一限位凸塊兩側分別設有一個第二限位凹槽210，所述上套模上設有第二進料管211；

所述脫模機構包括托板212、第一支撐板213、第二支撐板214，托板的數量為兩個，兩個托板分別設置在下襯模的兩側，每個托板通過兩個第一氣缸215固定在爐體內腔體內，托板上設有輔托板216，兩個托板上的輔托板相對設置，下襯模設置在輔托板上，輔托板上設有第二限位卡塊217，第二限位卡塊插入式的設置在第二限位凹槽內，所述第一支撐板設置在爐體內腔體的底部，第一支撐板上設有第一限位凹槽218，第一限位凹槽的位置、大小與第一限位凸塊的位置、大小相對應，第一支撐板的高度h1大于托板的高度h2，所述第二支撐板的數量為兩個，分別設置在第一支撐板的兩側，第二支撐板的位置與托板的位置相對應，所述襯板的高度h3大于2cm；

所述第一支撐板底部設有兩個滑塊219，滑塊可滑動的設置在爐體內壁的滑槽內，第一支撐板底部設有兩個截面為半圓形結構的第一調節槽220，第一調節槽的內壁上設有內螺紋，爐體內壁的底部相應的設有兩個截面為半圓形結構的第二調節槽221，第二調節槽的內壁為光滑結構，第一調節槽與第二調節槽相互拼接形成圓形結構的調節通道，設有外螺紋的絲桿222穿過調節通道可轉動的固定在爐體側壁和固定軸承223之間，絲桿的外螺紋與第一調節槽的內螺紋相嚙合，絲桿穿過爐體的一端設有從動齒輪224，從動齒輪與第二電機225的第二主動齒輪226相嚙合。

所述爐體的內腔壁為長方體結構，爐體的開口端位于爐體側壁上，爐門227與爐體滑動連接，爐門頂部設有第二連桿228，第二連桿與固定在爐體頂部的第二氣缸229相連接，第二氣缸控制爐門的開合。

所述混粉設備的混料方式為：物料經進料機構分散的進入混料桶中，第一電機帶動混料桶以30-70r/min的速度進行轉動，而第一混料機構并不轉動，物料在第一混料機構的作用下以進行攪拌混合，攪拌30-80min后，將混料桶的轉動速度提高為60-200r/min，初步混合的物料自第一出料孔進入殼體內，位于分隔機構上，此時，第二出料孔處于關閉狀態，物料在第二混料機構的作用下繼續攪拌混合，攪拌60-180min后，通過電動推桿的作用拉動調節板，使第二出料孔和第三出料孔相對齊，物料進入承料斗中，并在振動第一電機的作用下從出料管出料。

所述真空燒結爐的燒結方式為：初始狀態時，爐門處于關閉狀態，第一氣缸處于收縮狀態，下襯模在托板的作用下與上套模相互作用處于閉合狀態，此時，襯板頂部與上套模底部之間的間距為0.5-1cm，通過第二進料管向燒結模具內注入混合后的物料，物料注滿后進行真空燒結，燒結1-2h后，繼續收縮第一氣缸，使襯板頂部與上套模底部相互貼合，繼續燒結2-4h即可；脫模處理時，伸展第一氣缸，下襯模隨之下降至第一支撐板上后，托板繼續向下運轉直至與第二支撐板相貼合，此時，托板與下襯模相互分離，再進一步通過電機的轉動帶動絲桿轉動，從而使第一支撐座向爐體開口處移動，通過第二氣缸向上提升打開爐門，取出產品，再反向操作即可。