专利名称:一种制备含碳化硼的石墨吸收球的方法
技术领域：
本发明属于核技术领域：
，特别涉及一种制备含碳化硼的石墨吸收球的方法。
技术背景
碳化硼吸收球停堆系统是高温气冷堆的第二停堆系统，其工作原理是，在第一停 堆系统控制棒失效时，吸收球落入反射层的吸收球孔道，依靠碳化硼吸收中子的特性达到 紧急停堆的目的，确保反应堆的安全性。当需要投入此系统时，吸收球可依靠重力落入侧反 射层槽内，使反应堆停堆；当第一停堆系统恢复正常功能，堆要重新启动时，吸收球可以通 过气体输送系统回送至堆顶贮存罐内，使之处于备用状态。
吸收球不仅是停堆手段，也是一种控制机构，在中心石墨块区内，安排吸收球孔 道，孔道内随机堆积小吸收球，堆积高度即相当于吸收体自下而上的插入深度。孔道下部连 接小球单一器，单一器转动时小球一个接一个的进入管道，并被输送至堆顶小球贮存器，这 相当于控制棒的提升过程。打开吸收球贮存器底部阀门，小球依靠重力快速落入孔道，增加 了堆积高度，这相当于控制棒的插入过程。这种控制机构的优点是可承受高温，能适应气体 出口温度，
发明内容
本发明提供了一种制备含碳化硼的石墨吸收球的方法，其特征在于，所述方法依 次按如下步骤进行
(1)将含量为10 40衬％的人造石墨粉，30 80衬％的天然石墨粉，10 40wt% 的碳化硼粉，10 30wt%的酚醛树脂乙醇溶液混合，搅拌1 8小时，其中人造石墨粉、天 然石墨粉、酚醛树脂和碳化硼粉均为核纯级；
(2)混合后的物料经过造粒和干燥，得到粒度小于Imm的树脂包混基体粉；
(3)取所述基体粉装入橡胶模具，冷等静压制备出直径5 12mm的含碳化硼的石 墨球毛 ；
(4)石墨球在惰性气体保护下，以每分钟1 5°C升温速度，升至700 900°C，保 温1 2小时进行碳化处理，将石墨球内的树脂转化为碳；
(5)经过碳化的含碳化硼石墨球，在真空度小于10_2Pa的环境内，以每分钟1 200C的升温速度，升至1600 2000°C，保温1 2小时进行纯化处理，即得到直径4 IOmm 的吸收球。
所述人造石墨粉和天然石墨粉的平均粒径10 40 μ m，其中人造石墨粉的石墨化 程度大于90%，天然石墨粉的石墨化程度大于95%;所述碳化硼粉粒度小于40 μ m ；所述酚 醛树脂乙醇溶液中的树脂的含量为50wt%。
步骤2所述的造粒，为陶瓷工业的通用造粒工艺；干燥条件为真空干燥，干燥时间 1 3小时。
步骤3所述的橡胶模具内腔为球形，内径为8 20mm ；等静压压力为200 350MPa,在等静压机上实现。
步骤4所述的碳化工艺，保护气体为纯度大于90%的Ar、N2气。
本发明的有益效果为使用本发明方法获得的高温气冷堆吸收球由石墨和碳化硼 构成，碳化硼弥散分布在石墨基体中，球的直径一般在4 IOmm ；具有密度高、耐磨性好和 抗压强度大的优点，可以满足高温气冷堆吸收球控制和停堆系统的需要；原料组成简单，成 本低，易于大规模生产。
具体实施方式
本发明提供了一种制备含碳化硼的石墨吸收球的方法，下面结合实施例对本发明 的技术方案做进一步说明
实施例1
将人造石墨粉、天然石墨粉、碳化硼粉和酚醛树脂乙醇溶液按照质量百分比为 40 30 20 10混合，搅拌3h ；经过造粒和真空干燥(真空度0. 8atm,时间2小时)，得 到粒度0. 8mm的基体粉；取基体粉装入橡胶模具，模具内腔直径10mm，在280MPa冷等静压 条件下制备出直径为6. 5mm的含碳化硼石墨球；石墨球经过750°C ,N2气保护下进行碳化处 理；最后经过1900°C、真空条件下的处理，获得直径为6. Omm的含碳化硼石墨球。
实施例2:
将人造石墨粉、天然石墨粉、碳化硼粉和酚醛树脂乙醇溶液按照质量百分比为 0 70 15 15混合，搅拌2h ；经过造粒和真空干燥(真空度0.7atm，时间1.5小时)， 得到粒度0. 8mm的基体粉。取基体粉装入橡胶模具，模具内腔直径10mm，290MPa冷等静压 制备出直径 . 5mm的含碳化硼石墨球；石墨球经过800°C、N2气保护下进行碳化处理；最后 经过1950°C、真空条件下的处理，获得直径6. 7mm的含碳化硼石墨球。
实施例3
将人造石墨粉、天然石墨粉、碳化硼粉和酚醛树脂乙醇溶液按照质量百分比为 12 50 18 20混合，搅拌Ih ；经过造粒和真空干燥(真空度0. 9atm,时间3小时)， 得到粒度0. 7mm的基体粉。取基体粉装入橡胶模具，模具内腔直径8mm，260MPa冷等静压制 备出直径6mm的含碳化硼石墨球；石墨球经过700°C、Ar气保护下进行碳化处理；最后经过 1800°C、真空条件下的处理，获得直径5. 2mm的含碳化硼石墨球。
实施例4
将人造石墨粉、天然石墨粉、碳化硼粉和酚醛树脂乙醇溶液按照质量百分比为 15 50 18 17混合，搅拌6h ；经过造粒和真空干燥(真空度0. 8atm,时间2. 5小时)， 得到粒度0. 8mm的基体粉。取基体粉装入橡胶模具，模具内腔直径15mm，300MPa冷等静压 制备出直径12mm的含碳化硼石墨球；石墨球经过8001、队气保护下进行碳化处理；最后经 过1750°C、真空条件下的处理，获得直径Ilmm的含碳化硼石墨球。
实施例5
将人造石墨粉、天然石墨粉、碳化硼粉和酚醛树脂乙醇溶液按照质量百分比为 10 40 30 20混合，搅拌5h ；经过造粒和真空干燥(真空度0.85atm，时间2小时)， 得到粒度0. 8mm的基体粉。取基体粉装入橡胶模具，模具内腔直径9mm，200MPa冷等静压制 备出直径7. 5mm的含碳化硼石墨球；石墨球经过900°C、N2气保护下进行碳化处理；最后经过1900°C、真空条件下的处理，获得直径7. Omm的含碳化硼石墨球。
权利要求
1. 一种含碳化硼的石墨吸收球的制备方法，其特征在于，所述方法依次按如下步骤进行(1)将含量为10 40wt%的人造石墨粉，30 50wt %的天然石墨粉，10 40wt %的碳 化硼粉，10 30wt%的酚醛树脂乙醇溶液混合，搅拌1 8小时；其中人造石墨粉、天然石 墨粉、酚醛树脂和碳化硼粉均为核纯级，人造石墨粉和天然石墨粉的平均粒径10 40 μ m, 其中人造石墨粉的石墨化程度大于90%，天然石墨粉的石墨化程度大于95% ；所述碳化硼 粉粒度小于40 μ m ；所述酚醛树脂乙醇溶液中的酚醛树脂的含量为50wt% ；(2)混合后的物料经过造粒和干燥，得到粒度小于Imm的树脂包混基体粉；所述造粒为 陶瓷工业的通用造粒工艺；所述干燥条件为真空干燥，干燥时间1 3小时；(3)取所述基体粉装入橡胶模具，冷等静压制备出直径5 12mm的含碳化硼的石墨球 毛坯；所述的橡胶模具内腔为球形，内径为8 20mm ；等静压压力为200 350MPa，在等静 压机上实现；(4)石墨球在惰性气体保护下，以每分钟1 5°C升温速度，升至700 900°C，保温1 2小时进行碳化处理，将石墨球内的酚醛树脂转化为碳；(5)经过碳化的含碳化硼石墨球，在真空度小于10_2Pa的环境内，以每分钟1 20°C的 升温速度，升至1600 2000°C，保温1 2小时进行纯化处理，即得到直径4 IOmm的吸 收球。
专利摘要
本发明属于核技术领域：
，特别涉及一种制备含碳化硼的石墨吸收球的方法。所述方法是将人造石墨粉、天然石墨粉、碳化硼粉和酚醛树脂乙醇溶液混合，经过造粒、干燥、冷等静压、中温碳化和高温纯化后，制备得到4～10mm的含碳化硼的石墨吸收球。本发明提供的含碳化硼的石墨吸收球制备工艺，原料组成简单，性能指标达到高温气冷堆技术要求，易于大规模生产。
文档编号G21C7/107GKCN101290814 B发布类型授权 专利申请号CN 200810115142
公开日2011年6月29日 申请日期2008年6月18日
发明者梁彤祥, 赵兴宇, 郝少昌, 郭文利 申请人:清华大学导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan