一种快中子堆中子吸收体制造方法及快中子堆中子吸收体与流程

本发明属于核电领域，具体涉及一种快中子堆中子吸收体制造方法及快中子堆中子吸收体。

背景技术：

1、快中子堆是一种利用快中子进行核裂变反应的堆型，具有核燃料利用效率高、核废弃物产量少的优势，还能够用于将长寿命放射性废物转化为相对短寿命的核素。由于快中子堆需要维持反应堆内快中子生成与消耗的平衡，需要通过中子吸收材料吸收多余的快中子。常用的碳化硼中子吸收材料热导率与韧性较低，作为快中子吸收体时容易在使用初期即因热应力而发生开裂。碳化硼吸收体开裂一方面可能引起快中子吸收性能的下降，另一方面还可能造成碳化硼吸收体在反应堆内发生非预期的转移导致事故隐患。这些问题制约了碳化硼吸收体在快中子堆中的应用。因此，提供一种改善碳化硼吸收体韧性的制造方法，对于提高快中子堆的可靠性有较高的实用价值。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种快中子堆中子吸收体制造方法，提高碳化硼吸收体的韧性。本发明还提供一种快中子堆中子吸收体。

2、根据本发明一个方面的实施例，提供一种快中子堆中子吸收体制造方法，该方法包括以下步骤：提供碳化硼粉末原料与强化粉体，其中，所述强化粉体包括al粉、al2o3粉、sio2粉、b6si粉中的一种或多种组合，使所述强化粉体所占重量比为3％-20％；通过球磨加工对所述碳化硼粉末原料与所述强化粉体进行混粉，得到混合粉体；将所述混合粉体装入模具压制成型得到生坯；对所述生坯进行热压烧结，烧结温度为1750℃-2000℃，烧结时间2h-4h。

3、通过上述方法，在碳化硼中子吸收体中添加强化粉体，利用al原子和/或si原子对碳化硼晶体中的至少部分c原子形成替代，改善晶体中晶面的滑移能力，从而起到提高碳化硼中子吸收体韧性的作用。

4、进一步地，在部分实施例中，在进行球磨前还包括向所述强化粉体中加入无定型硼粉的步骤，所述无定型硼粉在所述混合粉体中所占重量比为1％-10％。无定型硼粉用于调整中子吸收体中的原子配比，以达到理想的c原子替代率。

5、进一步地，在部分实施例中，所述混合粉体中al原子和/或si原子对c原子的替代率不低于6％。当c原子替代率在6％以上时具有更好的增韧效果。

6、进一步地，在部分实施例中，在所述热压烧结步骤中，所述生坯使用石墨纸包覆进行热压烧结。石墨纸包覆能够避免生坯在烧结过程中与模具发生粘连。

7、进一步地，在部分实施例中，在所述热压烧结步骤中，所述生坯装载在石墨模具中进行烧结。石墨模具能够耐受高温烧结，同时具有良好的化学稳定性，不会对碳化硼中子吸收体造成化学污染。

8、进一步地，在部分实施例中，所述球磨加工采用高能球磨或湿式球磨工艺。

9、进一步地，在部分实施例中，所述球磨加工在氩气保护氛围下进行。

10、进一步地，在部分实施例中，所述生坯采用双轴压机压制成型。

11、进一步地，在部分实施例中，所述热压烧结步骤在真空或氩气保护下实施。

12、根据本发明另一个方面的实施例，提供一种快中子堆中子吸收体，采用前述任一实施例中所提供的快中子堆中子吸收体制造方法制造。

技术特征：

1.一种快中子堆中子吸收体制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的快中子堆中子吸收体制造方法，其特征在于，在进行球磨前还包括向所述强化粉体中加入无定型硼粉的步骤，所述无定型硼粉在所述混合粉体中所占重量比为1％-10％。

3.根据权利要求1或2所述的快中子堆中子吸收体制造方法，其特征在于，所述快中子堆中子吸收体成品中al原子和/或si原子对c原子的替代率不低于6％。

4.根据权利要求1或2所述的快中子堆中子吸收体制造方法，其特征在于，在所述热压烧结步骤中，所述生坯使用石墨纸包覆进行热压烧结。

5.根据权利要求1或2所述的快中子堆中子吸收体制造方法，其特征在于，在所述热压烧结步骤中，所述生坯装载在石墨模具中进行烧结。

6.根据权利要求1或2所述的快中子堆中子吸收体制造方法，其特征在于，所述球磨加工采用高能球磨或湿式球磨工艺。

7.根据权利要求1或2所述的快中子堆中子吸收体制造方法，其特征在于，所述球磨加工在氩气保护氛围下进行。

8.根据权利要求1或2所述的快中子堆中子吸收体制造方法，其特征在于，所述生坯采用双轴压机压制成型。

9.根据权利要求1或2所述的快中子堆中子吸收体制造方法，其特征在于，所述热压烧结步骤在真空或氩气保护下实施。

10.一种快中子堆中子吸收体，其特征在于，采用如权利要求1至9中任一所述的快中子堆中子吸收体制造方法制造。

技术总结
一种快中子堆中子吸收体制造方法，包括以下步骤：以碳化硼粉末作为原料粉末，添加占重量比3％‑20％的Al粉、Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;粉、SiO<subgt;2</subgt;粉、B<subgt;6</subgt;Si粉中的一种或多种进行球磨混粉，压制为生坯，在1750℃‑2000℃、不低于40MPa的压力下对生坯进行2h‑4h的热压烧结，得到快中子堆中子吸收体成品。该方法制备得到的快中子堆中子吸收体通过对其中的部分C原子进行掺杂替代，有效提高碳化硼晶体的韧性，从而提高中子吸收体在快中子堆中的使用寿命。本发明还提供一种快中子堆中子吸收体。

技术研发人员：尤䶮,龚辛,朱丽兵,陈向阳,张鑫涛,张宇翾
受保护的技术使用者：上海核工程研究设计院股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17