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用于聚變堆固態包層Li72Pb28合金的制備方法與流程

文檔序號:41254229發布日期:2025-03-14 12:23閱讀:89來源:國知局

本發明屬于核電,具體涉及一種用于聚變堆固態包層li72pb28合金的制備方法。


背景技術:

1、包層材料是聚變堆的重要組成部分,承擔氚增殖、中子和能量轉換的任務,包層材料分為固態包層和液體包層,鉛鋰合金作為聚變堆包層重要的候選材料,目前技術相對成熟的是液體包層li17pb83合金(17為原子比),li17pb83是鋰鉛體系中的共晶成分(也被稱為鋰鉛共晶合金lead-lithium?eutectic,lee),具有該體系中最低的熔點(約235℃,如圖2所示),國內外針對低熔點li17pb83共晶合金制備已開發較多,雖然li17pb83合金制備技術已開發相對成熟,但采用液體包層li17pb83合金作為聚變堆包層材料還存在高溫腐蝕的問題。根據中國科學院科學島2023年最新中國核聚變示范堆中子增殖包層概念設計研究成果,固態li72pb28合金有望成為首選方案,li72pb28合金具有該體系中最高的熔點(約235℃,如圖2),作為固態包層可避免高溫腐蝕的問題,急需開展li72pb28合金的研制。


技術實現思路

1、為克服相關技術中存在的問題,提供了一種用于聚變堆固態包層li72pb28合金的制備方法。

2、根據本公開實施例的一方面,提供一種用于聚變堆固態包層li72pb28合金的制備方法,所述方法包括:

3、步驟1,按照li72pb28合金的設計成分進行配料稱重,使得鋰元素過量預設比例;

4、步驟2,將鉛放入氧化鋁坩堝,鋰裝入多個多孔物料框中并鎖緊,每個物料框分別安裝于設備內一個可自由升降的攪拌桿下方;

5、步驟3,將感應爐抽真空后,充入預設壓強值的氦氣;

6、步驟4,啟動加熱使鉛熔化,升溫至預設溫度保溫;

7、步驟5,依次將各多孔物料框插入至溶液下方并不斷上下攪拌,直至各物料框內鋰料全部熔化;

8、步驟6,多個物料框內鋰料全部添加后,繼續保溫預設時長后停止加熱,合金液隨爐冷卻至室溫出爐。

9、在一種可能的實現方式中,在步驟1中,鋰元素過量10%-15%。

10、在一種可能的實現方式中,在步驟2中,物料框為網狀結構。

11、在一種可能的實現方式中,物料框的材質為304不銹鋼,網孔直徑為400-600μm。

12、在一種可能的實現方式中,在步驟3中,將感應爐抽真空至0.01pa以下,充入0.05-0.08mpa氦氣,再次抽真空至0.01pa以下,充入0.07-0.08mpa氦氣。

13、在一種可能的實現方式中,在步驟4中,啟動加熱使鉛熔化,升溫至720-760℃保溫。

14、在一種可能的實現方式中,在步驟6中,預設時長為20min。

15、本公開的有益效果在于:本公開設計了如下技術方案:(1)采用抽真空后充氦氣的熔煉氣氛,充氦氣的目的一方面可降低鋰元素揮發,一方面由于氦氣導熱能力強,可帶走部分反應熱,同時還可防止鋰元素氧化;(2)采用將鋰料放入多孔物料框分步加入的方式,與傳統料斗相比,物料框可插入至熔池液面以下有效防止鋰料上浮,同時采用物料框可持續對熔池進行機械攪拌,促進鉛鋰混合形成合金化,并使鋰元素更加均勻;(3)采用氧化鋁坩堝進行li72pb28合金熔煉,一方面可避免采用石墨坩堝時與金屬鋰反生化學反應的問題,有效防止鋰元素損失和坩堝雜質污染合金,另一方面由于氧化鋁為非導體,熔煉過程不產生電流,電磁攪拌效應可更有效的作用于li72pb28合金。解決了li72pb28合金熔煉制備中的技術問題。建立了li72pb28合金熔煉工藝方法及參數,解決了鋰元素含量控制、鑄錠合金化等問題。



技術特征:

1.一種用于聚變堆固態包層li72pb28合金的制備方法,其特征在于,所述方法包括:

2.根據權利要求1所述的方法,其特征在于,在步驟1中,鋰元素過量10%-15%。

3.根據權利要求1所述的方法,其特征在于,在步驟2中,物料框為網狀結構。

4.根據權利要求3所述的方法,其特征在于,物料框的材質為304不銹鋼,網孔直徑為400-600μm。

5.根據權利要求1所述的方法,其特征在于,在步驟3中,將感應爐抽真空至0.01pa以下,充入0.05-0.08mpa氦氣,再次抽真空至0.01pa以下,充入0.07-0.08mpa氦氣。

6.根據權利要求1所述的方法,其特征在于,在步驟4中,啟動加熱使鉛熔化,升溫至720-760℃保溫。

7.根據權利要求1所述的方法,其特征在于,在步驟6中,預設時長為20min。


技術總結
本公開屬于核電技術領域,具體涉及一種用于聚變堆固態包層Li<subgt;72</subgt;Pb<subgt;28</subgt;合金的制備方法。本公開采用抽真空后充氦氣的熔煉氣氛,充氦氣的目的一方面可降低鋰元素揮發,一方面由于氦氣導熱能力強,可帶走部分反應熱,同時還可防止鋰元素氧化;采用將鋰料放入多孔物料框分步加入的方式,促進鉛鋰混合形成合金化,并使鋰元素更加均勻;采用氧化鋁坩堝進行Li<subgt;72</subgt;Pb<subgt;28</subgt;合金熔煉,可避免采用石墨坩堝時與金屬鋰反生化學反應的問題,有效防止鋰元素損失和坩堝雜質污染合金,還可以使得熔煉過程不產生電流,電磁攪拌效應可更有效的作用于Li<subgt;72</subgt;Pb<subgt;28</subgt;合金。解決了Li<subgt;72</subgt;Pb<subgt;28</subgt;合金熔煉制備中的技術問題。建立了Li<subgt;72</subgt;Pb<subgt;28</subgt;合金熔煉工藝方法及參數,解決了鋰元素含量控制、鑄錠合金化等問題。

技術研發人員:盧永恒,劉偉,邵宗義,劉文濤,李昱,孫啟明,孫祎強,王再宏,林森森,方璐
受保護的技術使用者:中核北方核燃料元件有限公司
技術研發日:
技術公布日:2025/3/13
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