一种高中子吸收率中子吸收复合材料的制备方法与流程

本发明涉及一种复合材料的制备方法，具体涉及一种高中子吸收率中子吸收复合材料的制备方法。

背景技术：

核电由于高效、低耗、绿色等优点，成为与火电、水电并称的世界三大电力供应支柱；b4c/al中子吸收材料是当今发达国家三代电站乏燃料干湿密集贮存格架及其运输容器反应性控制用的最新材料。

传统的中子吸收用b4c/al复合材料采用箱体松装轧制工艺，b4c和al经均匀混合后松装于铝合金箱体，经排气后直接轧制，得到的复合材料为三明治结构，在上下两层铝板中间的是仍然为粉体、未形成连续的复合块体的材料，因此，产品的力学性能差、热导率低、中子吸收能力不稳定。

技术实现要素：

本发明针对上述问题提出了一种高中子吸收率中子吸收复合材料的制备方法，保证材料的冶金质量，保证复合材料具有优良的力学性能、热导率和中子吸收能力。

具体的技术方案如下：

一种高中子吸收率中子吸收复合材料的制备方法，其步骤如下：

(1)按重量份数计称取碳化硼粉8-40份、铝合金粉32-96份和轻稀土粉0.1-10份；

(2)将碳化硼粉、铝合金粉和轻稀土粉加入混粉设备中进行混料；

(3)将经过混粉设备混合均匀后的物料加入真空烧结炉中进行烧结得到轧坯；

(4)在轧坯的四个侧壁上浇注一层厚度为0.05-1cm的铝合金层后进行模压；

(5)模压后进行3-8道次热轧处理，轧制道次间经450～500℃退火处理，即可得到高中子吸收率中子吸收复合材料。

上述一种高中子吸收率中子吸收复合材料的制备方法，其中，所述混粉设备包括壳体，壳体顶部设有第一开口，壳体上还设有一圈第一支撑环，第一支撑环截面呈l形结构，包绕设置在第一开口外部，第一支撑环上设有截面为n形结构的第二支承盖，第二支承盖上设有进料机构；壳体内设有分隔机构，分隔机构上方设有混料装置、分隔机构下方设有承料机构，所述进料机构包括依次连接的进料斗、分料管和第一进料管，第一进料管为圆环形结构，分料管连接第一进料管和进料斗，第一进料管穿过第二支承盖且固定在第二支承盖上；

所述混料装置包括混料桶、第一混料机构、第二混料机构，所述混料桶为顶端开口的筒体结构，所述混料桶内设有导料板，所述导料板为球冠结构，混料桶的开口端为固定端、混料桶的未开口端为混料端，固定端为圆柱体结构、混料端为圆台形结构，混料端的直径自上而下逐渐减小，混料桶的混料端上设有若干第一出料孔，混料桶的固定端上设有一圈第一卡接凸块和一圈第二卡接凸块，第一卡接凸块可滑动的设置在第一开口内壁上，第二卡接凸块可滑动的设置在第一支撑环内壁上，使混料桶可转动的固定在壳体上，所述混料桶上还设有一圈第一齿条，第一齿条位于第一支撑环与壳体围绕形成的空腔中，第二支承盖上设有第一电机，第一电机一端穿过第二支承盖与第一支撑环，其上设置的第一主动齿轮与第一齿条相啮合；所述第一混料机构包括主轴、搅拌杆、第一搅拌叶组和第二搅拌叶组，主轴一端固定在第二支承盖上、另一端通过轴套可旋转的与混料桶底部相连接，搅拌杆的数量为6个、8个或者10个，均匀的周向固定在主轴上，第一搅拌叶组和第二搅拌叶组交替设置在搅拌杆上，第一搅拌叶组由3个搅拌叶组成，第二搅拌叶组由2个搅拌叶组成，第一搅拌叶组和第二搅拌叶组的搅拌叶交错设置，搅拌叶倾斜的设置在搅拌杆上，所述搅拌叶与搅拌杆之间的夹角a为60-70°；所述第二混料机构包括自上而下固定在混料桶外壁的第一混料板组、第二混料板组和第三混料板组，第一混料板组、第二混料板组和第三混料板组均由相同数量的混料板组成，相邻两个混料板组之间的混料板交错设置，所述混料板包括连接板和搅拌板，连接板倾斜的固定在混料桶外壁上，搅拌板竖直的固定在连接板上；

所述承料机构包括承料斗和振动第一电机，承料斗设置在振动第一电机上，承料斗底部设有倾斜设置的导料平台，承料斗上设有出料管，出料管位于导料平台的最低端；

所述分隔机构包括侧挡板、底板和调节板，侧挡板倾斜的固定在底板外周，所述底板上设有若干第二出料孔，调节板一端通过弹簧固定在底板的调节腔内，另一端与电动推杆相连接，调节板上设有第三出料孔，第三出料孔的大小、分布与第二出料孔相同；通过电动推杆使调节板移动、从而调节第二出料孔的开启和关闭。

上述一种高中子吸收率中子吸收复合材料的制备方法，其中，所述真空烧结炉包括炉体、烧结模具、脱模机构；所述炉体侧壁上设有加热区域，所述烧结模具包括上套模和下衬模，所述上套模为底部开口的长方体结构，上套模通过第一支架固定在炉体内腔体的顶部，所述下衬模包括衬板和塞板，塞板固定在衬板上方，塞板与上套模的底部开口端相契合，衬板底部设有第一限位凸块，第一限位凸块两侧分别设有一个第二限位凹槽，所述上套模上设有第二进料管；

所述脱模机构包括托板、第一支撑板、第二支撑板，托板的数量为两个，两个托板分别设置在下衬模的两侧，每个托板通过两个第一气缸固定在炉体内腔体内，托板上设有辅托板，两个托板上的辅托板相对设置，下衬模设置在辅托板上，辅托板上设有第二限位卡块，第二限位卡块插入式的设置在第二限位凹槽内，所述第一支撑板设置在炉体内腔体的底部，第一支撑板上设有第一限位凹槽，第一限位凹槽的位置、大小与第一限位凸块的位置、大小相对应，第一支撑板的高度h1大于托板的高度h2，所述第二支撑板的数量为两个，分别设置在第一支撑板的两侧，第二支撑板的位置与托板的位置相对应，所述衬板的高度h3大于2cm；

所述第一支撑板底部设有两个滑块，滑块可滑动的设置在炉体内壁的滑槽内，第一支撑板底部设有两个截面为半圆形结构的第一调节槽，第一调节槽的内壁上设有内螺纹，炉体内壁的底部相应的设有两个截面为半圆形结构的第二调节槽，第二调节槽的内壁为光滑结构，第一调节槽与第二调节槽相互拼接形成圆形结构的调节通道，设有外螺纹的丝杆穿过调节通道可转动的固定在炉体侧壁和固定轴承之间，丝杆的外螺纹与第一调节槽的内螺纹相啮合，丝杆穿过炉体的一端设有从动齿轮，从动齿轮与第二电机的第二主动齿轮相啮合；

所述炉体的内腔壁为长方体结构，炉体的开口端位于炉体侧壁上，炉门与炉体滑动连接，炉门顶部设有第二连杆，第二连杆与固定在炉体顶部的第二气缸相连接，第二气缸控制炉门的开合。

上述一种高中子吸收率中子吸收复合材料的制备方法，其中，所述混粉设备的混料方式为：物料经进料机构分散的进入混料桶中，第一电机带动混料桶以30-70r/min的速度进行转动，而第一混料机构并不转动，物料在第一混料机构的作用下以进行搅拌混合，搅拌30-80min后，将混料桶的转动速度提高为60-200r/min，初步混合的物料自第一出料孔进入壳体内，位于分隔机构上，此时，第二出料孔处于关闭状态，物料在第二混料机构的作用下继续搅拌混合，搅拌60-180min后，通过电动推杆的作用拉动调节板，使第二出料孔和第三出料孔相对齐，物料进入承料斗中，并在振动第一电机的作用下从出料管出料。

上述一种高中子吸收率中子吸收复合材料的制备方法，其中，所述真空烧结炉的烧结方式为：初始状态时，炉门处于关闭状态，第一气缸处于收缩状态，下衬模在托板的作用下与上套模相互作用处于闭合状态，此时，衬板顶部与上套模底部之间的间距为0.5-1cm，通过第二进料管向烧结模具内注入混合后的物料，物料注满后进行真空烧结，烧结1-2h后，继续收缩第一气缸，使衬板顶部与上套模底部相互贴合，继续烧结2-4h即可；脱模处理时，伸展第一气缸，下衬模随之下降至第一支撑板上后，托板继续向下运转直至与第二支撑板相贴合，此时，托板与下衬模相互分离，再进一步通过电机的转动带动丝杆转动，从而使第一支撑座向炉体开口处移动，通过第二气缸向上提升打开炉门，取出产品，再反向操作即可。

本发明的有益效果为：

(1)本发明混粉更加充分，避免对原材料造成伤害，提高了效率，降低了成本，确保了产品品质。

(2)本发明直接对粉料进行真空烧结，操作简单，脱模方便，适应强，安全可靠。

(3)本发明保证材料的冶金质量，保证复合材料具有优良的力学性能、热导率和中子吸收能力。

附图说明

图1为本发明混粉设备剖视图。

图2为本发明第一混料机构俯视图。

图3为本发明真空烧结炉的炉门关闭状态剖视图。

图4为本发明真空烧结炉的炉门开启状态剖视图。

图5为本发明真空烧结炉的a-a方向剖视图(1)。

图6为本发明真空烧结炉的a-a方向剖视图(2)。

具体实施方式

为使本发明的技术方案更加清晰明确，下面结合附图对本发明进行进一步描述，任何对本发明技术方案的技术特征进行等价替换和常规推理得出的方案均落入本发明保护范围。

附图标记

壳体11、第一开口12、第一支撑环13、第二支承盖14、进料机构15、进料斗16、分料管17、第一进料管18、分隔机构19、混料桶110、第一混料机构111、第二混料机构112、固定端113、混料端114、第一出料孔115、第一卡接凸块116、第二卡接凸块117、第一齿条118、第一电机119、第一主动齿轮120、导料板121、主轴122、搅拌杆123、第一搅拌叶组124、第二搅拌叶组125、搅拌叶126、第一混料板组127、第二混料板组128、第三混料板组129、混料板130、连接板131、搅拌板132、承料斗133、振动第一电机134、导料平台135、出料管136、侧挡板137、底板138、调节板139、弹簧140、电动推杆141、第三出料孔142、第二出料孔143、炉体21、烧结模具22、脱模机构23、上套模24、下衬模25、第一支架26、衬板27、塞板28、第一限位凸块29、第二限位凹槽210、第二进料管211、托板212、第一支撑板213、第二支撑板214、第一气缸215、辅托板216、第二限位卡块217、第一限位凹槽218、滑块219、第一调节槽220、第二调节槽221、固定轴承223、从动齿轮224、第二电机225、第二主动齿轮226、炉门227、第二连杆228、第二气缸229。

一种高中子吸收率中子吸收复合材料的制备方法，其步骤如下：

(1)按重量份数计称取碳化硼粉8-40份、铝合金粉32-96份和轻稀土粉0.1-10份；

(2)将碳化硼粉、铝合金粉和轻稀土粉加入混粉设备中进行混料；

(3)将经过混粉设备混合均匀后的物料加入真空烧结炉中进行烧结得到轧坯；

(4)在轧坯的四个侧壁上浇注一层厚度为0.05-1cm的铝合金层后进行模压；

(5)模压后进行3-8道次热轧处理，轧制道次间经450～500℃退火处理，即可得到高中子吸收率中子吸收复合材料。

如图1、图2所示，混粉设备包括壳体11，壳体顶部设有第一开口12，壳体上还设有一圈第一支撑环13，第一支撑环截面呈l形结构，包绕设置在第一开口外部，第一支撑环上设有截面为n形结构的第二支承盖14，第二支承盖上设有进料机构15，所述进料机构包括依次连接的进料斗16、分料管17和第一进料管18，第一进料管为圆环形结构，分料管连接第一进料管和进料斗，第一进料管穿过第二支承盖且固定在第二支承盖上；壳体内设有分隔机构19，分隔机构上方设有混料装置、分隔机构下方设有承料机构；

所述混料装置包括混料桶110、第一混料机构111、第二混料机构112，所述混料桶为顶端开口的筒体结构，混料桶的开口端为固定端113、混料桶的未开口端为混料端114，固定端为圆柱体结构、混料端为圆台形结构，混料端的直径自上而下逐渐减小，混料桶的混料端上设有若干第一出料孔115，混料桶的固定端上设有一圈第一卡接凸块116和一圈第二卡接凸块117，第一卡接凸块可滑动的设置在第一开口内壁上，第二卡接凸块可滑动的设置在第一支撑环内壁上，使混料桶可转动的固定在壳体上，所述混料桶上还设有一圈第一齿条118，第一齿条位于第一支撑环与壳体围绕形成的空腔中，第二支承盖上设有第一电机119，第一电机一端穿过第二支承盖与第一支撑环，其上设置的第一主动齿轮120与第一齿条相啮合，所述混料桶内设有导料板121，所述导料板为球冠结构；所述第一混料机构包括主轴122、搅拌杆123、第一搅拌叶组124和第二搅拌叶组125，主轴一端固定在第二支承盖上、另一端通过轴套可旋转的与混料桶底部相连接，搅拌杆的数量为6个、8个或者10个，均匀的周向固定在主轴上，第一搅拌叶组和第二搅拌叶组交替设置在搅拌杆上，第一搅拌叶组由3个搅拌叶126组成，第二搅拌叶组由2个搅拌叶组成，第一搅拌叶组和第二搅拌叶组的搅拌叶交错设置，搅拌叶倾斜的设置在搅拌杆上，所述搅拌叶与搅拌杆之间的夹角a为60-70°；所述第二混料机构包括自上而下固定在混料桶外壁的第一混料板组127、第二混料板组128和第三混料板组129，第一混料板组、第二混料板组和第三混料板组均由相同数量的混料板130组成，相邻两个混料板组之间的混料板交错设置，所述混料板包括连接板131和搅拌板132，连接板倾斜的固定在混料桶外壁上，搅拌板竖直的固定在连接板上；

所述承料机构包括承料斗133和振动第一电机134，承料斗设置在振动第一电机上，承料斗底部设有倾斜设置的导料平台135，承料斗上设有出料管136，出料管位于导料平台的最低端；

所述分隔机构包括侧挡板137、底板138和调节板139，侧挡板倾斜的固定在底板外周，所述底板上设有若干第二出料孔143，调节板一端通过弹簧140固定在底板的调节腔内，另一端与电动推杆141相连接，调节板上设有第三出料孔142，第三出料孔的大小、分布与第二出料孔相同；通过电动推杆使调节板移动、从而调节第二出料孔的开启和关闭。

如图3-图6所示，所述真空烧结炉包括炉体21、烧结模具22、脱模机构23；所述炉体侧壁上设有加热区域，所述烧结模具包括上套模24和下衬模25，所述上套模为底部开口的长方体结构，上套模通过第一支架26固定在炉体内腔体的顶部，所述下衬模包括衬板27和塞板28，塞板固定在衬板上方，塞板与上套模的底部开口端相契合，衬板底部设有第一限位凸块29，第一限位凸块两侧分别设有一个第二限位凹槽210，所述上套模上设有第二进料管211；

所述脱模机构包括托板212、第一支撑板213、第二支撑板214，托板的数量为两个，两个托板分别设置在下衬模的两侧，每个托板通过两个第一气缸215固定在炉体内腔体内，托板上设有辅托板216，两个托板上的辅托板相对设置，下衬模设置在辅托板上，辅托板上设有第二限位卡块217，第二限位卡块插入式的设置在第二限位凹槽内，所述第一支撑板设置在炉体内腔体的底部，第一支撑板上设有第一限位凹槽218，第一限位凹槽的位置、大小与第一限位凸块的位置、大小相对应，第一支撑板的高度h1大于托板的高度h2，所述第二支撑板的数量为两个，分别设置在第一支撑板的两侧，第二支撑板的位置与托板的位置相对应，所述衬板的高度h3大于2cm；

所述第一支撑板底部设有两个滑块219，滑块可滑动的设置在炉体内壁的滑槽内，第一支撑板底部设有两个截面为半圆形结构的第一调节槽220，第一调节槽的内壁上设有内螺纹，炉体内壁的底部相应的设有两个截面为半圆形结构的第二调节槽221，第二调节槽的内壁为光滑结构，第一调节槽与第二调节槽相互拼接形成圆形结构的调节通道，设有外螺纹的丝杆222穿过调节通道可转动的固定在炉体侧壁和固定轴承223之间，丝杆的外螺纹与第一调节槽的内螺纹相啮合，丝杆穿过炉体的一端设有从动齿轮224，从动齿轮与第二电机225的第二主动齿轮226相啮合。

所述炉体的内腔壁为长方体结构，炉体的开口端位于炉体侧壁上，炉门227与炉体滑动连接，炉门顶部设有第二连杆228，第二连杆与固定在炉体顶部的第二气缸229相连接，第二气缸控制炉门的开合。

所述混粉设备的混料方式为：物料经进料机构分散的进入混料桶中，第一电机带动混料桶以30-70r/min的速度进行转动，而第一混料机构并不转动，物料在第一混料机构的作用下以进行搅拌混合，搅拌30-80min后，将混料桶的转动速度提高为60-200r/min，初步混合的物料自第一出料孔进入壳体内，位于分隔机构上，此时，第二出料孔处于关闭状态，物料在第二混料机构的作用下继续搅拌混合，搅拌60-180min后，通过电动推杆的作用拉动调节板，使第二出料孔和第三出料孔相对齐，物料进入承料斗中，并在振动第一电机的作用下从出料管出料。

所述真空烧结炉的烧结方式为：初始状态时，炉门处于关闭状态，第一气缸处于收缩状态，下衬模在托板的作用下与上套模相互作用处于闭合状态，此时，衬板顶部与上套模底部之间的间距为0.5-1cm，通过第二进料管向烧结模具内注入混合后的物料，物料注满后进行真空烧结，烧结1-2h后，继续收缩第一气缸，使衬板顶部与上套模底部相互贴合，继续烧结2-4h即可；脱模处理时，伸展第一气缸，下衬模随之下降至第一支撑板上后，托板继续向下运转直至与第二支撑板相贴合，此时，托板与下衬模相互分离，再进一步通过电机的转动带动丝杆转动，从而使第一支撑座向炉体开口处移动，通过第二气缸向上提升打开炉门，取出产品，再反向操作即可。