一種核反應(yīng)堆用碳化硼吸收體的多層燒結(jié)模具的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型屬于特種材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種核反應(yīng)堆用碳化硼吸收體的多層燒結(jié)模具，該多層燒結(jié)模具中的每一層包括：多孔模具板(2)，其上有多個(gè)孔洞，每個(gè)孔洞內(nèi)有配套的組合模具；下支撐板(3)；上蓋板(1)；所述組合模具包括：保護(hù)套(5)，其與所述孔洞的形狀相適配；和芯軸(7)，其置于所述保護(hù)套(5)內(nèi)部，且其與所述保護(hù)套(5)之間限定出容納碳化硼粉末的環(huán)形腔室(8)；上壓頭(4)和下壓頭(6)；其分別位于所述環(huán)形腔室(8)的頂部和底部，并與所述環(huán)形腔室的形狀相適配。
【專利說(shuō)明】
一種核反應(yīng)堆用碳化硼吸收體的多層燒結(jié)模具
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種核反應(yīng)堆用碳化硼吸收體的多層燒結(jié)模具及燒結(jié)方法，屬于特種材料制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]碳化硼分子式為B4C,是已知最堅(jiān)硬的三種材料之一，它的摩氏硬度為9.3，僅次于金剛石和立方氮化硼的重要超硬材料。同時(shí)具有質(zhì)量輕、耐磨損、耐腐蝕等性能，被用于坦克車的裝甲、避彈衣和很多工業(yè)應(yīng)用品中。同時(shí)，碳化硼可以吸收大量的中子而不會(huì)形成任何放射性同位素，是反應(yīng)堆中理想的中子吸收體，碳化硼在反應(yīng)堆中主要是以棒狀的形式存在。
[0003]但是碳化硼結(jié)構(gòu)中的共價(jià)鍵強(qiáng)，熔點(diǎn)達(dá)2450°C，是一種很難燒結(jié)的材料。目前碳化硼材料一般采用:熱壓燒結(jié)工藝、熱等靜壓工藝、助劑常壓燒結(jié)工藝、反應(yīng)燒結(jié)工藝等。其中熱等靜壓燒結(jié)工藝無(wú)法生產(chǎn)較大尺寸產(chǎn)品、無(wú)法實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)，并且生產(chǎn)成本太高。助劑常壓燒結(jié)工藝因反應(yīng)燒結(jié)工藝因引入其它化學(xué)成分，在反應(yīng)堆中的應(yīng)用還有待觀察。熱壓燒結(jié)法工藝因燒成溫度高，產(chǎn)品具有很好的機(jī)械性能和熱穩(wěn)定性，但是產(chǎn)量和產(chǎn)率相對(duì)低、磨加工余量大、周期長(zhǎng)，成本相對(duì)較高；同時(shí)，當(dāng)燒結(jié)件尺寸較大時(shí)，因壓力在壓頭軸向分布不均勻，導(dǎo)致燒結(jié)件中部的密度偏低，密度一致性差。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型的目的是提供一種核反應(yīng)堆用碳化硼吸收體的多層燒結(jié)模具及燒結(jié)方法，該方法的原理是通過(guò)高溫、高壓強(qiáng)條件下對(duì)碳化硼吸收體的質(zhì)量、體積和燒結(jié)條件均一性的精確控制，在燒結(jié)爐內(nèi)實(shí)現(xiàn)多層燒結(jié)的一種方法。
[0005]本實(shí)用新型第一方面提供一種核反應(yīng)堆用碳化硼吸收體的多層燒結(jié)模具，該多層燒結(jié)模具中的每一層包括:多孔模具板2，其上有多個(gè)孔洞，每個(gè)孔洞內(nèi)有配套的組合模具；下支撐板3;上蓋板I;所述組合模具包括:保護(hù)套5，其與所述孔洞的形狀相適配;和芯軸7，其置于所述保護(hù)套5內(nèi)部，且其與所述保護(hù)套5之間限定出容納碳化硼粉末的環(huán)形腔室8;上壓頭4和下壓頭6;其分別位于所述環(huán)形腔室8的頂部和底部，并與所述環(huán)形腔室的形狀相適配。
[0006]優(yōu)選地，所述多個(gè)孔洞為圓柱狀，所述保護(hù)套5為圓筒狀，所述芯軸7為圓柱狀。
[0007]優(yōu)選地，相鄰兩層中下層的上蓋板I與上層的下支撐板3合為一體。
[0008]本實(shí)用新型第二方面提供一種使用核反應(yīng)堆用碳化硼吸收體的多層燒結(jié)模具的燒結(jié)方法，包含以下步驟:
[0009](I)將粒度為4?50μπι的碳化硼粉體加入到組合模具的環(huán)形腔室8中，將上壓頭4和下壓頭6組合到孔洞里，蓋上上蓋板I，組合好多層組合模具，然后放入燒結(jié)爐中；
[0010](2)在所述上蓋板I和所述下支撐板3之間施加機(jī)械壓力，使所述上蓋板I和下支撐板3之間的表面壓強(qiáng)在4?50Mpa;
[0011](3)將燒結(jié)爐內(nèi)壓力抽真空至10pa以下，然后以3?40°C/min的升溫速率加熱至800 ?IlOOcC;
[0012](4)向燒結(jié)爐內(nèi)充入氬氣至表壓_0.謹(jǐn)?&，繼續(xù)升溫至1200?1600°(:;
[0013](5)將燒結(jié)爐內(nèi)壓力抽真空至10pa以下，升溫至1800 °C以上，保持0.5?6小時(shí)后，自然降溫至室溫，即得到所述的核反應(yīng)堆用碳化硼吸收體。
[0014]本實(shí)用新型的有益效果:
[0015]1、本實(shí)用新型的多層燒結(jié)模具及燒結(jié)方法解決了因尺寸過(guò)大導(dǎo)致的密度不均勻問(wèn)題，提高了燒結(jié)產(chǎn)品的質(zhì)量，降低了機(jī)加工過(guò)程中因產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)不一致導(dǎo)致的報(bào)廢風(fēng)險(xiǎn);
[0016]2、本實(shí)用新型的燒結(jié)產(chǎn)品尺寸可控性好，大大降低了后繼加工的工作量；
[0017]3、本實(shí)用新型的多層燒結(jié)模具及燒結(jié)方法將多個(gè)小的吸收體拼接為大體積的吸收體，在不影響吸收體吸收中子性能的同時(shí)，降低了燒結(jié)和機(jī)加工導(dǎo)致的報(bào)廢率，提高了產(chǎn)品的成品率；
[0018]4、本實(shí)用新型的多層燒結(jié)方法充分利用了燒結(jié)爐內(nèi)的等溫區(qū)，提高了燒結(jié)的生產(chǎn)效率，燒結(jié)產(chǎn)品碳化硼吸收體的密度和尺寸偏差小，成品率可以達(dá)到95%以上;生產(chǎn)周期也大幅縮短，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為本實(shí)用新型的多層模具組合示意圖；
[0020]圖2為多孔模具板俯視圖(孔洞中帶芯軸)。
[0021 ]附圖標(biāo)記為:I一上蓋板，2—多孔模具版，3—下支撐板，4一上壓頭，5—保護(hù)套，6—下壓頭，7—芯軸，8—環(huán)形腔室。
【具體實(shí)施方式】
[0022]本實(shí)用新型的目的是采用多層燒結(jié)的方法，通過(guò)對(duì)密度、體積的精確控制，制得單個(gè)吸收體的密度偏差和同爐產(chǎn)品的密度偏差均在I %以內(nèi)，尺寸偏差在0.5%以內(nèi)的碳化硼吸收體。產(chǎn)品的密度和尺寸均能得到精確控制，一致性好，適用于核反應(yīng)堆用碳化硼吸收體的制備。
[0023]實(shí)施例1
[0024]組裝模具，每層模具由下支撐板、多孔模具板和上蓋板組成，模具的平行度小于0.05mm;多孔模具板內(nèi)含有100個(gè)孔洞，每個(gè)孔洞內(nèi)裝組合模具，組合模具內(nèi)孔的體積偏差小于0.5% ;組合模具各部件之間需預(yù)留0.1mm的間隙。選取粒度值D50在ΙΟμπι的核級(jí)碳化硼粉體，稱取質(zhì)量偏差小于0.5 %的粉體，分別加入組合模具的孔洞中；將5層模具組合在一起，吊入熱壓燒結(jié)爐中。
[0025]燒結(jié)爐抽真空至10pa以下，以3°C/min的升溫速率加熱至1000度，充入高純氬氣至表壓-0.1Mpa，繼續(xù)升溫至1400度，抽真空，升溫至1800度維持0.5小時(shí)，自然降溫，出爐。燒結(jié)過(guò)程中的上蓋板和所述下支撐板之間施加機(jī)械壓力為4Mpa，制備得到密度為1.8土0.0lg/cm3的500塊核反應(yīng)堆用碳化硼吸收體。
[0026]實(shí)施例2:
[0027]組裝模具，每層模具由下支撐板、多孔模具板和上蓋板組成，模具的平行度小于0.05mm;多孔模具板內(nèi)含有10個(gè)孔洞，每個(gè)孔洞內(nèi)裝組合模具，組合模具內(nèi)孔的體積偏差小于0.5%;組合模具各部件之間需預(yù)留4mm的間隙。選取粒度值D50在30μπι的核級(jí)碳化硼粉體，稱取質(zhì)量偏差小于0.5%的粉體，分別加入組合模具的孔洞中；將3層模具組合在一起，吊入熱壓燒結(jié)爐中。
[0028]燒結(jié)爐抽真空至10pa以下，以10°C/min的升溫速率加熱至1000度，充入高純氬氣至表壓-0.1Mpa，繼續(xù)升溫至1400度，抽真空，升溫至2100度維持0.5小時(shí)，自然降溫，出爐。燒結(jié)過(guò)程中的上蓋板和所述下支撐板之間施加機(jī)械壓力為50Mpa，制備得到密度為2.2 土0.02g/cm3的30塊核反應(yīng)堆用吸收體。
[0029]實(shí)施例3:
[0030]組裝模具，每層模具由下支撐板、多孔模具板和上蓋板組成，模具的平行度小于0.05mm;多孔模具板內(nèi)含有3個(gè)孔洞，每個(gè)孔洞內(nèi)裝組合模具，組合模具內(nèi)孔的體積偏差小于0.5%;組合模具各部件之間需預(yù)留2mm的間隙。選取粒度值D50在50μπι的核級(jí)碳化硼粉體，稱取質(zhì)量偏差小于0.5%的粉體，分別加入組合模具的孔洞中；將3層模具組合在一起，吊入熱壓燒結(jié)爐中。
[0031 ] 燒結(jié)爐抽真空至10pa以下，以40°C/min的升溫速率加熱至1000度，充入高純氬氣至表壓-0.1Mpa，繼續(xù)升溫至1400度，抽真空，升溫至1900度維持0.5小時(shí)，自然降溫，出爐。燒結(jié)過(guò)程中的上蓋板和所述下支撐板之間施加機(jī)械壓力為30Mpa，制備得到密度為2.0土0.02g/cm3的9塊核反應(yīng)堆用吸收體。
[0032]實(shí)施例4:
[0033]組裝模具，每層模具由下支撐板、多孔模具板和上蓋板組成，模具的平行度小于
0.05mm;多孔模具板內(nèi)含有5個(gè)孔洞，每個(gè)孔洞內(nèi)裝組合模具，組合模具內(nèi)孔的體積偏差小于0.5%;組合模具各部件之間需預(yù)留Imm的間隙。選取粒度值D50在20μπι的核級(jí)碳化硼粉體，稱取質(zhì)量偏差小于0.5%的粉體，分別加入組合模具的孔洞中；將4層模具組合在一起，吊入熱壓燒結(jié)爐中。
[0034]燒結(jié)爐抽真空至10pa以下，以40°C/min的升溫速率加熱至1000度，充入高純氬氣至表壓-0.1Mpa，繼續(xù)升溫至1400度，抽真空，升溫至2000度維持0.5小時(shí)，自然降溫，出爐。燒結(jié)過(guò)程中的上蓋板和所述下支撐板之間施加機(jī)械壓力為20Mpa，制備得到密度為2.1 土
0.02g/cm3的20塊核反應(yīng)堆用吸收體。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種核反應(yīng)堆用碳化硼吸收體的多層燒結(jié)模具，該多層燒結(jié)模具中的每一層包括:多孔模具板(2)，其上有多個(gè)孔洞，每個(gè)孔洞內(nèi)有配套的組合模具；下支撐板(3);上蓋板(I); 其特征在于，所述組合模具包括: 保護(hù)套(5)，其與所述孔洞的形狀相適配;和芯軸(7)，其置于所述保護(hù)套(5)內(nèi)部，且其與所述保護(hù)套(5)之間限定出容納碳化硼粉末的環(huán)形腔室(8); 上壓頭(4)和下壓頭(6);其分別位于所述環(huán)形腔室(8)的頂部和底部，并與所述環(huán)形腔室的形狀相適配。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層燒結(jié)模具，其特征在于，所述多個(gè)孔洞為圓柱狀，所述保護(hù)套(5)為圓筒狀，所述芯軸(7)為圓柱狀。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層燒結(jié)模具，其特征在于，相鄰兩層中下層的上蓋板(I)與上層的下支撐板(3)合為一體。
【文檔編號(hào)】B28B7/24GK205685516SQ201620553266
【公開日】2016年11月16日
【申請(qǐng)日】2016年6月8日 公開號(hào)201620553266.3, CN 201620553266, CN 205685516 U, CN 205685516U, CN-U-205685516, CN201620553266, CN201620553266.3, CN205685516 U, CN205685516U
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