使用石墨烯層的反應(yīng)堆控制棒的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種屬于機(jī)械設(shè)備領(lǐng)域和核能領(lǐng)域的使用石墨烯層的反應(yīng)堆控制棒，本實(shí)用新型改變控制棒材料，在傳統(tǒng)的Ag-In-Cd材料基礎(chǔ)上，增加一些石墨烯材料，石墨烯材料為多層石墨烯結(jié)構(gòu)，可放置于傳統(tǒng)的Ag-In-Cd材料制成的棒料外表面、內(nèi)表面或者中部，這樣既保證了傳統(tǒng)控制棒的中子吸收截面，又提高了反應(yīng)堆控制棒的機(jī)械強(qiáng)度，進(jìn)一步確保核電的安全性，反應(yīng)堆安全、有效運(yùn)行，也保證了控制棒的外觀尺寸，不會(huì)導(dǎo)致整個(gè)壓力容器的結(jié)構(gòu)改變。控制棒吸收反應(yīng)堆中子，在正常運(yùn)行時(shí)調(diào)節(jié)反應(yīng)堆功率，事故下引入負(fù)反應(yīng)性。同時(shí)，從整個(gè)控制棒的制造和加工來看，加入石墨烯層具有一定的經(jīng)濟(jì)性。
【專利說明】使用石墨烯層的反應(yīng)堆控制棒

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于機(jī)械設(shè)備和核能領(lǐng)域，特別涉及到反應(yīng)堆壓力容器控制棒結(jié)構(gòu)， 具體說是改變控制棒材料，在傳統(tǒng)的Ag-In-Cd材料基礎(chǔ)上增加多層石墨烯材料，即為使用 石墨烯層的反應(yīng)堆控制棒。

【背景技術(shù)】
[0002] 反應(yīng)堆是核電廠的核心部件，其能否安全、可靠地運(yùn)行對(duì)整個(gè)核動(dòng)力裝置的安全 可靠性和經(jīng)濟(jì)性有著十分重要的影響。而控制棒是反應(yīng)堆壓力容器的重要組件，控制棒耐 高溫、耐腐蝕的能力決定了反應(yīng)堆控制效率的大小。如果控制棒經(jīng)過長(zhǎng)期使用導(dǎo)致強(qiáng)度下 降甚至損壞，使得控制效率下降，影響了核動(dòng)力裝置經(jīng)濟(jì)性，甚至在嚴(yán)重情況下，必然影響 核動(dòng)力裝置的安全可靠性。目前，控制棒以Ag-In-Cd為主要材料，但也存在材料強(qiáng)度的提 升空間和結(jié)構(gòu)改造的余地。由于上述問題的存在，本發(fā)明人對(duì)現(xiàn)有的控制棒進(jìn)行研究和分 析，進(jìn)行材料改造和更加合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以便制作出具有更高的耐高溫性和耐腐蝕性的 控制棒，進(jìn)而提高核電廠的安全性和經(jīng)濟(jì)性。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0003] 為了解決上述問題，本發(fā)明人進(jìn)行銳意研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在原有的控制棒材料 Ag-In-Cd的基礎(chǔ)上添加多層石墨烯結(jié)構(gòu)，多層石墨烯結(jié)構(gòu)添加在由Ag-In-Cd材料制成的 棒料的外部、內(nèi)部、或者中間都能起到期望的的效果，即大大提高反應(yīng)堆控制棒的耐高溫 性、耐腐蝕性、強(qiáng)度和導(dǎo)熱性，進(jìn)而完成本實(shí)用新型。即本實(shí)用新型是針對(duì)目前反應(yīng)堆控制 棒長(zhǎng)期使用，造成機(jī)械性能下降和損壞，影響核動(dòng)力裝置的控制效率和安全性的問題，提出 的一種新型材料的控制棒。
[0004] 本實(shí)用新型的目的在于提供如下技術(shù)方案：
[0005] (1)使用石墨烯層的反應(yīng)堆控制棒，其特征在于，該控制棒包括層壓的石墨烯層和 合金層，
[0006] 其中石墨烯層由多層石墨烯制成，
[0007] 合金層由Ag-In-Cd合金制成，
[0008] 石墨烯層厚度為0. 05mm-0. 2mm,
[0009] 合金層厚度為 〇· 95mm-3. 65mm,
[0010] 該控制棒為實(shí)心或空心圓柱狀，其外徑為12mm-15mm,
[0011] 空心圓柱狀控制棒的壁厚為2mm-3mm，其內(nèi)部放置燃料棒，
[0012] 實(shí)心圓柱狀控制棒周圍放置燃料棒。
[0013] (2)根據(jù)上述（1)所述的使用石墨烯層的反應(yīng)堆控制棒，其特征在于：該控制棒為 空心圓柱狀時(shí)，由內(nèi)向外依次包括：雙層結(jié)構(gòu)空心棒的內(nèi)壁層2a和雙層結(jié)構(gòu)空心棒的外壁 層la，其中雙層結(jié)構(gòu)空心棒的內(nèi)壁層2a是石墨烯層，其壁厚為0. lmm-0. 2mm，雙層結(jié)構(gòu)空心 棒的外壁層la是合金層，其壁厚為1. 9mm-2. 8_。
[0014] (3)根據(jù)上述（1)所述的使用石墨烯層的反應(yīng)堆控制棒，其特征在于：該控制棒為 空心圓柱狀時(shí)，由內(nèi)向外依次包括：雙層結(jié)構(gòu)空心棒的內(nèi)壁層2a和雙層結(jié)構(gòu)空心棒的外壁 層la，其中雙層結(jié)構(gòu)空心棒的內(nèi)壁層2a是合金層，其壁厚為1. 9mm-2. 8mm，雙層結(jié)構(gòu)空心棒 的外壁層la是石墨烯層，其壁厚為0. lmm-〇. 2mm。
[0015] (4)根據(jù)上述（1)所述的使用石墨烯層的反應(yīng)堆控制棒，其特征在于：該控制棒為 空心圓柱狀時(shí)，由內(nèi)向外依次包括：三層結(jié)構(gòu)空心棒的內(nèi)壁層5a、三層結(jié)構(gòu)空心棒的中壁 層4a和三層結(jié)構(gòu)空心棒的外壁層3a，其中三層結(jié)構(gòu)空心棒的中壁層4a是合金層，其壁厚為 1. 9mm-2. 8mm，三層結(jié)構(gòu)空心棒的內(nèi)壁層5a和三層結(jié)構(gòu)空心棒的外壁層3a都是石墨烯層， 其壁厚均為0. 05mm-0. 1mm。
[0016] (5)根據(jù)上述（1)所述的使用石墨烯層的反應(yīng)堆控制棒，其特征在于：該控制棒為 空心圓柱狀時(shí)，由內(nèi)向外依次包括：三層結(jié)構(gòu)空心棒的內(nèi)壁層5a、三層結(jié)構(gòu)空心棒的中壁 層4a和三層結(jié)構(gòu)空心棒的外壁層3a，其中三層結(jié)構(gòu)空心棒的中壁層4a是石墨烯層，其壁厚 為0. lmm-0. 2mm，三層結(jié)構(gòu)空心棒的內(nèi)壁層5a和三層結(jié)構(gòu)空心棒的外壁層3a都是合金層， 其壁厚均為〇. 95mm-l. 4mm。
[0017] (6)根據(jù)上述（1)所述的使用石墨烯層的反應(yīng)堆控制棒，其特征在于：該控制棒為 實(shí)心圓柱狀時(shí)，由內(nèi)向外依次包括：雙層結(jié)構(gòu)實(shí)心棒的內(nèi)芯2b和雙層結(jié)構(gòu)實(shí)心棒的外壁層 lb,其中雙層結(jié)構(gòu)實(shí)心棒的外壁層lb是石墨烯層，其壁厚為0. lmm-0. 2mm，雙層結(jié)構(gòu)實(shí)心棒 的內(nèi)芯2b是呈圓柱狀的實(shí)心結(jié)構(gòu)，由Ag-In-Cd合金制成，其直徑為11. 8mm_14. 6mm。
[0018] (7)根據(jù)上述（1)所述的使用石墨烯層的反應(yīng)堆控制棒，其特征在于：該控制棒為 實(shí)心圓柱狀時(shí)，由內(nèi)向外依次包括：三層結(jié)構(gòu)實(shí)心棒的內(nèi)芯5b、三層結(jié)構(gòu)實(shí)心棒的中壁層 4b和三層結(jié)構(gòu)實(shí)心棒的外壁層3b，其中三層結(jié)構(gòu)實(shí)心棒的中壁層4b是石墨烯層，其壁厚為 0. lmm-0. 2mm，三層結(jié)構(gòu)實(shí)心棒的內(nèi)芯5b是呈圓柱狀的實(shí)心結(jié)構(gòu)，由Ag-In-Cd合金制成，其 直徑為5. 9mm_7. 3mm，三層結(jié)構(gòu)實(shí)心棒的外壁層3b是合金層，其壁厚為2. 95mm_3. 65mm。
[0019] (8)根據(jù)上述（1)所述的使用石墨烯層的反應(yīng)堆控制棒，其特征在于：所述石墨烯 層為在Ag-In-Cd合金制成的基體表面形成的石墨烯層。
[0020] 本實(shí)用新型具有如下有益效果：
[0021] 第一，該控制棒具比傳統(tǒng)控制棒更高的強(qiáng)度，這是由于加入了多層石墨烯材料，石 墨烯材料是人類已知的強(qiáng)度最高的物質(zhì)，強(qiáng)度比最好的鋼鐵還要高上1〇〇倍左右；
[0022] 第二，該控制棒具比傳統(tǒng)控制棒更高的抗高溫能力，這是由于加入了多層石墨烯 材料，石墨稀材料具有極強(qiáng)的熱穩(wěn)定性，其基本結(jié)構(gòu)為有機(jī)材料中最穩(wěn)定的苯7K兀環(huán)；
[0023] 第三，該控制棒具比傳統(tǒng)控制棒更高的導(dǎo)熱性，這是由于加入了多層石墨烯材料， 單層石墨烯材料導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)5300W/m · K，多層石墨烯材料導(dǎo)熱能力下降，但導(dǎo)熱能力仍 然強(qiáng)于傳統(tǒng)控制棒材料Ag-In-Cd合金；
[0024] 第四，該控制棒具比傳統(tǒng)控制棒更高的耐腐蝕性，這是由于加入了多層石墨烯材 料，多層石墨烯材料層使內(nèi)部金屬耐腐蝕性大大提高；
[0025] 第五，由于上述有益效果，相比于傳統(tǒng)控制棒，使用石墨烯層的反應(yīng)堆控制棒具有 更高的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026] 圖1示出根據(jù)本實(shí)用新型一種優(yōu)選實(shí)施方式的使用石墨烯層的反應(yīng)堆控制棒雙 層結(jié)構(gòu)空心棒的縱剖面圖；
[0027] 圖2示出根據(jù)本實(shí)用新型一種優(yōu)選實(shí)施方式的使用石墨烯層的反應(yīng)堆控制棒雙 層結(jié)構(gòu)空心棒的橫剖面圖；
[0028] 圖3示出根據(jù)本實(shí)用新型一種優(yōu)選實(shí)施方式的使用石墨烯層的反應(yīng)堆控制棒三 層結(jié)構(gòu)空心棒的縱剖面圖；
[0029] 圖4示出根據(jù)本實(shí)用新型一種優(yōu)選實(shí)施方式的使用石墨烯層的反應(yīng)堆控制棒三 層結(jié)構(gòu)空心棒的橫剖面圖；
[0030] 圖5示出根據(jù)本實(shí)用新型一種優(yōu)選實(shí)施方式的使用石墨烯層的反應(yīng)堆控制棒雙 層結(jié)構(gòu)實(shí)心棒的縱剖面圖；
[0031] 圖6示出根據(jù)本實(shí)用新型一種優(yōu)選實(shí)施方式的使用石墨烯層的反應(yīng)堆控制棒雙 層結(jié)構(gòu)實(shí)心棒的橫剖面圖；
[0032] 圖7示出根據(jù)本實(shí)用新型一種優(yōu)選實(shí)施方式的使用石墨烯層的反應(yīng)堆控制棒三 層結(jié)構(gòu)實(shí)心棒的縱剖面圖；
[0033] 圖8示出根據(jù)本實(shí)用新型一種優(yōu)選實(shí)施方式的使用石墨烯層的反應(yīng)堆控制棒三 層結(jié)構(gòu)實(shí)心棒的橫剖面圖。
[0034] 附圖標(biāo)號(hào)說明：
[0035] la-雙層結(jié)構(gòu)空心棒的外壁層
[0036] 2a_雙層結(jié)構(gòu)空心棒的內(nèi)壁層
[0037] 3a_三層結(jié)構(gòu)空心棒的外壁層
[0038] 4a_三層結(jié)構(gòu)空心棒的中壁層
[0039] 5a_三層結(jié)構(gòu)空心棒的內(nèi)壁層
[0040] lb-雙層結(jié)構(gòu)實(shí)心棒的外壁層
[0041] 2b_雙層結(jié)構(gòu)實(shí)心棒的內(nèi)芯
[0042] 3b_三層結(jié)構(gòu)實(shí)心棒的外壁層
[0043] 4b_三層結(jié)構(gòu)實(shí)心棒的中壁層
[0044] 5b_三層結(jié)構(gòu)實(shí)心棒的內(nèi)芯

【具體實(shí)施方式】
[0045] 下面通過附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步詳細(xì)說明。通過這些說明，本實(shí)用新 型的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將變得更為清楚明確。
[0046] 在這里專用的詞"示例性"意為"用做例子、實(shí)施例或說明性"。這里作為"示例性" 所說明的任何實(shí)施例不必解釋為優(yōu)于或好于其他實(shí)施例。盡管在附圖中示出了實(shí)施例的各 種方面，但是除非特別指出，不必按比例繪制附圖。
[0047] 在根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，如圖1和圖2所示，提供使用石墨烯層 的反應(yīng)堆控制棒，該控制棒為空心結(jié)構(gòu)，由內(nèi)向外依次包括：
[0048] 雙層結(jié)構(gòu)空心棒的內(nèi)壁層2a和雙層結(jié)構(gòu)空心棒的外壁層la,該控制棒外形呈圓 柱狀，其外徑為13. 5mm，壁厚為2. 5mm，其中雙層結(jié)構(gòu)空心棒的內(nèi)壁層2a由Ag-In-Cd合金 制成，壁厚為2. 35mm，雙層結(jié)構(gòu)空心棒的外壁層la由多層石墨烯制成，壁厚為0. 15mm。當(dāng)控 制棒下插時(shí)，利用Ag-In-Cd合金材料較高的中子吸收截面，吸收反應(yīng)堆中子，達(dá)到降低功 率目的，以控制反應(yīng)堆，完成控制棒的主要功能；通過添加多層石墨烯材料，利用其較高的 機(jī)械強(qiáng)度、抗高溫和耐腐蝕能力，增強(qiáng)控制棒的強(qiáng)度、耐腐蝕性、耐高溫性、導(dǎo)熱性等性能， 以便提高安全性及經(jīng)濟(jì)性。
[0049] 所述的雙層結(jié)構(gòu)空心棒的外壁層la與雙層結(jié)構(gòu)空心棒的內(nèi)壁層2a是層壓在一起 的，層壓結(jié)構(gòu)是把Ag-In-Cd合金制成需要的尺寸后，在其外層附著石墨烯材料制成。
[0050] 本實(shí)用新型所述的石墨烯層采用氣相沉積方法，即CVD方法制備。作為生長(zhǎng)石墨 烯層的CVD方法，現(xiàn)有技術(shù)中有相關(guān)報(bào)道，例如Large area few-layer graphenegraphite films as transparent thin conducting electrodes， Applied physics letters95， 123115,2009 ;Large-scale growth of grapheme films for stretchable transparent electrodes，Nature，doi:10.1038/nature07719。
[0051] 在本實(shí)用新型中，發(fā)明人經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，適于在本實(shí)用新型石墨烯層生長(zhǎng)的條件 如下：生長(zhǎng)氣體為將甲烷，甲烷通入速度15?25sccm，生長(zhǎng)溫度為920?980°C，生長(zhǎng)時(shí)間 為30?100分鐘，降溫速度為10°C /min，冷卻末溫度為室溫。
[0052] 所述的石墨烯層的制備方法為：以甲烷等含碳化合物作為碳源，由Ag-In-Cd合金 制成的控制棒作為基體，使甲燒通過由Ag-In-Cd合金制成的控制棒作為基體的表面，控制 由Ag-In-Cd合金制成的控制棒溫度為920?980°C，通氣時(shí)間為60?90分鐘，使甲烷在由 Ag-In-Cd合金制成的控制棒的外表面分解，并在降溫速度為10°C /min的條件下，降溫至室 溫，從而形成0. 12?0. 18mm厚的石墨烯層。該石墨烯附著在由Ag-In-Cd合金制成的控制 棒外表面，形成層壓的雙層結(jié)構(gòu)；可以根據(jù)所需石墨烯層的厚度，確定通氣時(shí)間。
[0053] 所述的Ag-In-Cd合金為傳統(tǒng)材料，包括制造常規(guī)控制棒所用到的各種Ag-In-Cd 合金。
[0054] 在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，如圖1和圖2所示，所述的控制棒為空心結(jié)構(gòu)，由內(nèi)向外 依次包括：
[0055] 雙層結(jié)構(gòu)空心棒的內(nèi)壁層2a和雙層結(jié)構(gòu)空心棒的外壁層la,該控制棒外形呈圓 柱狀，其外徑為13. 5mm，壁厚為2. 5mm，其中雙層結(jié)構(gòu)空心棒的內(nèi)壁層2a由多層石墨烯制 成，壁厚為〇. 15mm,雙層結(jié)構(gòu)空心棒的外壁層la由Ag-In-Cd合金制成，壁厚為2. 35mm。
[0056] 在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，如圖3和圖4所示，所述的控制棒為空心結(jié)構(gòu)，由內(nèi)向外 依次包括：
[0057] 三層結(jié)構(gòu)空心棒的內(nèi)壁層5a、三層結(jié)構(gòu)空心棒的中壁層4a和三層結(jié)構(gòu)空心棒的 外壁層3a，該控制棒外形呈圓柱狀，其外徑為13. 5mm，壁厚為2. 5mm，其中三層結(jié)構(gòu)空心棒 的中壁層4a由多層石墨烯制成，壁厚為0. 15mm，三層結(jié)構(gòu)空心棒的外壁層3a和三層結(jié)構(gòu) 空心棒的內(nèi)壁層5a都是由Ag-In-Cd合金制成的，其壁厚均為1. 175mm。
[0058] 所述的三層結(jié)構(gòu)加工方法為：以甲烷等含碳化合物作為碳源，由Ag-In-Cd合金制 成的控制棒作為基體，使甲燒通過由Ag-In-Cd合金制成的控制棒作為基體的表面，控制由 Ag-In-Cd合金制成的控制棒溫度為920?980°C，通氣時(shí)間為60?90分鐘，使甲烷在由 Ag-In-Cd合金制成的控制棒的外表面分解，并在降溫速度為10°C /min的條件下，降溫至室 溫，從而形成0. 12?0. 18mm厚的石墨烯層。該石墨烯附著在由Ag-In-Cd合金制成的控 制棒外表面，形成層壓的雙層結(jié)構(gòu)；然后將帶有石墨烯層的雙層結(jié)構(gòu)控制棒放置于熔融的 Ag-In-Cd合金熔液中，緩慢降低Ag-In-Cd合金熔液的溫度，使Ag-In-Cd合金熔液逐漸冷卻 凝固，凝固后的Ag-In-Cd合金會(huì)附著在雙層結(jié)構(gòu)的石墨烯層上，進(jìn)而形成三層結(jié)構(gòu)的反應(yīng) 堆控制棒。
[0059] 在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，如圖3和圖4所示，所述的控制棒為空心結(jié)構(gòu)，由內(nèi)向外 依次包括：
[0060] 三層結(jié)構(gòu)空心棒的內(nèi)壁層5a、三層結(jié)構(gòu)空心棒的中壁層4a和三層結(jié)構(gòu)空心棒的 外壁層3a，該控制棒外形呈圓柱狀，其外徑為13. 5mm，壁厚為2. 5mm，其中三層結(jié)構(gòu)空心棒 的中壁層4a由Ag-In-Cd合金制成，壁厚為2. 35mm，三層結(jié)構(gòu)空心棒的外壁層3a和三層結(jié) 構(gòu)空心棒的內(nèi)壁層5a都是由多層石墨烯制成的，其壁厚均為0.075mm。
[0061] 在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，如圖5和圖6所示，所述的控制棒為實(shí)心結(jié)構(gòu)，由內(nèi)向外 依次包括：
[0062] 雙層結(jié)構(gòu)實(shí)心棒的內(nèi)芯2b和雙層結(jié)構(gòu)實(shí)心棒的外壁層lb,該控制棒外形呈圓柱 狀，其直徑為13. 5mm，其中雙層結(jié)構(gòu)實(shí)心棒的內(nèi)芯2b由Ag-In-Cd合金制成，夕卜形呈圓柱狀， 直徑為13. 2_，雙層結(jié)構(gòu)實(shí)心棒的外壁層lb由多層石墨烯制成，壁厚為0. 15_。
[0063] 在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，如圖7和圖8所示，所述的控制棒為實(shí)心結(jié)構(gòu)，由內(nèi)向外 依次包括：
[0064] 三層結(jié)構(gòu)實(shí)心棒的內(nèi)芯5b、三層結(jié)構(gòu)實(shí)心棒的中壁層4b和三層結(jié)構(gòu)實(shí)心棒的外 壁層3b，該控制棒外形呈圓柱狀，其直徑為13. 5mm，其中三層結(jié)構(gòu)實(shí)心棒的中壁層4b由 多層石墨烯制成，壁厚為0. 15mm，三層結(jié)構(gòu)實(shí)心棒的外壁層3b由Ag-In-Cd合金制成，壁 厚為3. 3325mm，三層結(jié)構(gòu)實(shí)心棒的內(nèi)芯5b由Ag-In-Cd合金制成，夕卜形呈圓柱狀，直徑為 6. 665mm〇
[0065] 實(shí)施例1
[0066] 生產(chǎn)使用石墨烯層的反應(yīng)堆控制棒，如圖1和圖2所示，該控制棒為空心結(jié)構(gòu)，由 內(nèi)向外依次包括：雙層結(jié)構(gòu)空心棒的內(nèi)壁層2a和雙層結(jié)構(gòu)空心棒的外壁層la，該控制棒外 形呈圓柱狀，其外徑為15mm，壁厚為3mm，其中雙層結(jié)構(gòu)空心棒的內(nèi)壁層2a由Ag-In-Cd合 金制成，壁厚為2. 8mm，雙層結(jié)構(gòu)空心棒的外壁層la由多層石墨烯制成，壁厚為0. 2mm。
[0067] 實(shí)施例1控制棒的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：
[0068] 拉伸強(qiáng)度為lOOOGpa
[0069] 楊氏模量為1060Gpa
[0070] 熱阻為 5. 108 X l(T3m2K/w。
[0071] 實(shí)施例2
[0072] 生產(chǎn)使用石墨烯層的反應(yīng)堆控制棒，如圖1和圖2所示，該控制棒為空心結(jié)構(gòu)，由 內(nèi)向外依次包括：雙層結(jié)構(gòu)空心棒的內(nèi)壁層2a和雙層結(jié)構(gòu)空心棒的外壁層la，該控制棒外 形呈圓柱狀，其外徑為12mm，壁厚為2mm，其中雙層結(jié)構(gòu)空心棒的內(nèi)壁層2a由多層石墨烯制 成，壁厚為〇· 1mm，雙層結(jié)構(gòu)空心棒的外壁層la由Ag-In-Cd合金制成，壁厚為1. 9mm。
[0073] 實(shí)施例2控制棒的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：
[0074] 拉伸強(qiáng)度為lOOOGpa
[0075] 楊氏模量為1060Gpa
[0076] 熱阻為 4. 600 X l(T3m2K/w。
[0077] 實(shí)施例3
[0078] 生產(chǎn)使用石墨烯層的反應(yīng)堆控制棒，如圖3和圖4所示，該控制棒為空心結(jié)構(gòu)，由 內(nèi)向外依次包括：三層結(jié)構(gòu)空心棒的內(nèi)壁層5a、三層結(jié)構(gòu)空心棒的中壁層4a和三層結(jié)構(gòu)空 心棒的外壁層3a，該控制棒外形呈圓柱狀，其外徑為15mm，壁厚為3mm，其中三層結(jié)構(gòu)空心 棒的中壁層4a由多層石墨烯制成，壁厚為0. 2mm，三層結(jié)構(gòu)空心棒的外壁層3a和三層結(jié)構(gòu) 空心棒的內(nèi)壁層5a都是由Ag-In-Cd合金制成的，其壁厚均為1. 4_。
[0079] 實(shí)施例3控制棒的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：
[0080] 拉伸強(qiáng)度為lOOOGpa
[0081] 楊氏模量為1060Gpa
[0082] 熱阻為 5. 109 X l(T3m2K/w。
[0083] 實(shí)施例4
[0084] 生產(chǎn)使用石墨烯層的反應(yīng)堆控制棒，如圖3和圖4所示，該控制棒為空心結(jié)構(gòu)，由 內(nèi)向外依次包括：三層結(jié)構(gòu)空心棒的內(nèi)壁層5a、三層結(jié)構(gòu)空心棒的中壁層4a和三層結(jié)構(gòu)空 心棒的外壁層3a，該控制棒外形呈圓柱狀，其外徑為12mm，壁厚為2mm，其中三層結(jié)構(gòu)空心 棒的中壁層4a由Ag-In-Cd合金制成，壁厚為1. 9mm,三層結(jié)構(gòu)空心棒的外壁層3a和三層 結(jié)構(gòu)空心棒的內(nèi)壁層5a都是由多層石墨烯成的，其壁厚均為0. 05mm。
[0085] 實(shí)施例4控制棒的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：
[0086] 拉伸強(qiáng)度為lOOOGpa
[0087] 楊氏模量為1060Gpa
[0088] 熱阻為 4. 400 X l(T3m2K/w。
[0089] 實(shí)施例5
[0090] 生產(chǎn)使用石墨烯層的反應(yīng)堆控制棒，如圖5和圖6所示，該控制棒為實(shí)心結(jié)構(gòu)，由 內(nèi)向外依次包括：雙層結(jié)構(gòu)實(shí)心棒的內(nèi)芯2b和雙層結(jié)構(gòu)實(shí)心棒的外壁層lb,該控制棒外形 呈圓柱狀，其直徑為14mm，其中雙層結(jié)構(gòu)實(shí)心棒的內(nèi)芯2b由Ag-In-Cd合金制成，夕卜形呈圓 柱狀，直徑為13. 8_，雙層結(jié)構(gòu)實(shí)心棒的外壁層lb由多層石墨烯制成，壁厚為0. 1_。
[0091] 實(shí)施例5控制棒的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：
[0092] 拉伸強(qiáng)度為lOOOGpa
[0093] 楊氏模量為1060Gpa
[0094] 熱阻為 8. 335 X l(T3m2K/w。
[0095] 實(shí)施例6
[0096] 生產(chǎn)使用石墨烯層的反應(yīng)堆控制棒，如圖7和圖8所示，該控制棒為實(shí)心結(jié)構(gòu)，由 內(nèi)向外依次包括：三層結(jié)構(gòu)實(shí)心棒的內(nèi)芯5b、三層結(jié)構(gòu)實(shí)心棒的中壁層4b和三層結(jié)構(gòu)實(shí)心 棒的外壁層3b，該控制棒外形呈圓柱狀，其直徑為15mm，其中三層結(jié)構(gòu)實(shí)心棒的中壁層4b 由多層石墨烯制成，壁厚為0. 2mm，三層結(jié)構(gòu)實(shí)心棒的外壁層3b由Ag-In-Cd合金制成，壁厚 為3. 65mm，三層結(jié)構(gòu)實(shí)心棒的內(nèi)芯5b由Ag-In-Cd合金制成，夕卜形呈圓柱狀，直徑為7. 3mm。
[0097] 拉伸強(qiáng)度為lOOOGpa
[0098] 楊氏模量為1060Gpa
[0099] 熱阻為 8. 935 X l(T3m2K/w。
[0100] 對(duì)比例1
[0101] 生產(chǎn)反應(yīng)堆控制棒，該控制棒為實(shí)心結(jié)構(gòu)，外形呈圓柱狀，其直徑為12mm，該控制 棒只由Ag-In-Cd合金制成，無石墨烯層。
[0102] 對(duì)比例1控制棒的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：
[0103] 拉伸強(qiáng)度為0.78Gpa
[0104] 楊氏模量為0· 85Gpa
[0105] 熱阻為 5· 933X l(T3m2K/w。
[0106] 對(duì)比例2
[0107] 生產(chǎn)反應(yīng)堆控制棒，該控制棒為空心結(jié)構(gòu)，外形呈圓柱狀，其直徑為15mm，壁厚為 2mm,該控制棒只由Ag-In-Cd合金制成，無石墨烯層。
[0108] 對(duì)比例2控制棒的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：
[0109] 拉伸強(qiáng)度為0.78Gpa
[0110] 楊氏模量為0· 85Gpa
[0111] 熱阻為 9. 435Xl(T3m2K/w。
[0112] 根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)對(duì)比,可以得到：當(dāng)多層石墨烯與Ag-In-Cd結(jié)合形成石墨烯制控制 棒相對(duì)于純Ag-In-Cd合金制成的控制棒，機(jī)械強(qiáng)度大幅度增強(qiáng)，同時(shí)熱阻減小。同時(shí)根據(jù) 常識(shí)推斷，必然使得耐腐蝕性增強(qiáng)，熱穩(wěn)定性增強(qiáng)。
[0113] 根據(jù)本實(shí)用新型提供的使用石墨烯層的反應(yīng)堆控制棒，具有如下有益效果：
[0114] 第一，該控制棒具比傳統(tǒng)控制棒更高的強(qiáng)度，這是由于加入了多層石墨烯材料，石 墨烯材料是人類已知的強(qiáng)度最高的物質(zhì)，強(qiáng)度比最好的鋼鐵還要高上1〇〇倍左右；
[0115] 第二，該控制棒具比傳統(tǒng)控制棒更高的抗高溫能力，這是由于加入了多層石墨烯 材料，石墨稀材料具有極強(qiáng)的熱穩(wěn)定性，其基本結(jié)構(gòu)為有機(jī)材料中最穩(wěn)定的苯7K兀環(huán)；
[0116] 第三，該控制棒具比傳統(tǒng)控制棒更高的導(dǎo)熱性，這是由于加入了多層石墨烯材料， 單層石墨烯材料導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)5300W/m · K，多層石墨烯材料導(dǎo)熱能力下降，但導(dǎo)熱能力仍 然強(qiáng)于傳統(tǒng)控制棒材料Ag-In-Cd合金；
[0117] 第四，該控制棒具比傳統(tǒng)控制棒更高的耐腐蝕性，這是由于加入了多層石墨烯材 料，多層石墨烯材料層使內(nèi)部金屬耐腐蝕性大大提高；
[0118] 第五，由于上述有益效果，相比于傳統(tǒng)控制棒，使用石墨烯層的反應(yīng)堆控制棒具有 更高的安全性和經(jīng)濟(jì)性。
[0119] 以上結(jié)合了優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了說明，不過這些實(shí)施方式僅是范例 性的，僅起到說明作用。在此基礎(chǔ)上，可以對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行多種替換和改進(jìn)，這些均落入 本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 使用石墨烯層的反應(yīng)堆控制棒，其特征在于，該控制棒包括層壓的石墨烯層和合金 層， 其中石墨烯層由多層石墨烯制成， 合金層由Ag-ln-cd合金制成， 石墨烯層厚度為0. 05mm_0. 2mm， 合金層厚度為〇. 95mm_3. 65mm， 該控制棒為實(shí)心或空心圓柱狀，其外徑為12mm-15mm， 空心圓柱狀控制棒的壁厚為2mm-3mm，其內(nèi)部放置燃料棒， 實(shí)心圓柱狀控制棒周圍放置燃料棒。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用石墨烯層的反應(yīng)堆控制棒，其特征在于：該控制棒為空 心圓柱狀時(shí)，由內(nèi)向外依次包括：雙層結(jié)構(gòu)空心棒的內(nèi)壁層（2a)和雙層結(jié)構(gòu)空心棒的外壁 層（la)，其中雙層結(jié)構(gòu)空心棒的內(nèi)壁層（2a)是石墨烯層，其壁厚為0. lmm-0. 2mm，雙層結(jié)構(gòu) 空心棒的外壁層（la)是合金層，其壁厚為1.9mm-2. 8mm。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用石墨烯層的反應(yīng)堆控制棒，其特征在于：該控制棒為空 心圓柱狀時(shí)，由內(nèi)向外依次包括：雙層結(jié)構(gòu)空心棒的內(nèi)壁層（2a)和雙層結(jié)構(gòu)空心棒的外壁 層（la)，其中雙層結(jié)構(gòu)空心棒的內(nèi)壁層（2a)是合金層，其壁厚為1.9mm-2. 8mm，雙層結(jié)構(gòu)空 心棒的外壁層（la)是石墨烯層，其壁厚為0. lmm-〇. 2mm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用石墨烯層的反應(yīng)堆控制棒，其特征在于：該控制棒為空 心圓柱狀時(shí)，由內(nèi)向外依次包括：三層結(jié)構(gòu)空心棒的內(nèi)壁層（5a)、三層結(jié)構(gòu)空心棒的中壁 層（4a)和三層結(jié)構(gòu)空心棒的外壁層（3a)，其中三層結(jié)構(gòu)空心棒的中壁層（4a)是合金層，其 壁厚為1. 9mm-2. 8mm，三層結(jié)構(gòu)空心棒的內(nèi)壁層（5a)和三層結(jié)構(gòu)空心棒的外壁層（3a)都是 石墨烯層，其壁厚均為0. 05mm_0. 1mm。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用石墨烯層的反應(yīng)堆控制棒，其特征在于：該控制棒為空 心圓柱狀時(shí)，由內(nèi)向外依次包括：三層結(jié)構(gòu)空心棒的內(nèi)壁層（5a)、三層結(jié)構(gòu)空心棒的中壁 層（4a)和三層結(jié)構(gòu)空心棒的外壁層（3a)，其中三層結(jié)構(gòu)空心棒的中壁層（4a)是石墨烯層， 其壁厚為〇. lmm-〇. 2mm，三層結(jié)構(gòu)空心棒的內(nèi)壁層（5a)和三層結(jié)構(gòu)空心棒的外壁層（3a)都 是合金層，其壁厚均為〇. 95mm_l. 4mm。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用石墨烯層的反應(yīng)堆控制棒，其特征在于：該控制棒為實(shí) 心圓柱狀時(shí)，由內(nèi)向外依次包括：雙層結(jié)構(gòu)實(shí)心棒的內(nèi)芯（2b)和雙層結(jié)構(gòu)實(shí)心棒的外壁層 (lb),其中雙層結(jié)構(gòu)實(shí)心棒的外壁層（lb)是石墨烯層，其壁厚為0. lmm-0. 2mm，雙層結(jié)構(gòu)實(shí) 心棒的內(nèi)芯（2b)是呈圓柱狀的實(shí)心結(jié)構(gòu)，由Ag-In-Cd合金制成，其直徑為11. 8mm_14. 6mm。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用石墨烯層的反應(yīng)堆控制棒，其特征在于：該控制棒為實(shí) 心圓柱狀時(shí)，由內(nèi)向外依次包括：三層結(jié)構(gòu)實(shí)心棒的內(nèi)芯（5b)、三層結(jié)構(gòu)實(shí)心棒的中壁層 (4b)和三層結(jié)構(gòu)實(shí)心棒的外壁層（3b)，其中三層結(jié)構(gòu)實(shí)心棒的中壁層（4b)是石墨烯層， 其壁厚為〇. lmm-〇. 2mm，三層結(jié)構(gòu)實(shí)心棒的內(nèi)芯（5b)是呈圓柱狀的實(shí)心結(jié)構(gòu)，由Ag-In-Cd 合金制成，其直徑為5. 9mm-7. 3mm，三層結(jié)構(gòu)實(shí)心棒的外壁層（3b)是合金層，其壁厚為 2. 95mm_3· 65mm〇
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用石墨烯層的反應(yīng)堆控制棒，其特征在于：所述石墨烯層 為在Ag-In-Cd合金制成的基體表面形成的石墨烯層。
【文檔編號(hào)】B32B33/00GK203910277SQ201420294613
【公開日】2014年10月29日 申請(qǐng)日期:2014年6月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月4日
【發(fā)明者】周濤, 宋明強(qiáng), 琚忠云 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)