層石墨烯成的，其壁厚均為0.05_。
[0087]實(shí)施例4控制棒的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù):
[0088]拉伸強(qiáng)度為lOOOGpa
[0089]楊氏模量為1060Gpa
[0090]熱阻為4.400X 10 3m2K/w。
[0091]實(shí)施例5
[0092]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-1n-Cd合金制成，夕卜形呈圓柱狀，直徑為13.8mm,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_。
[0093]實(shí)施例5控制棒的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù):
[0094]拉伸強(qiáng)度為lOOOGpa
[0095]楊氏模量為1060Gpa
[0096]熱阻為8.335X 10 3m2K/w。
[0097]實(shí)施例6
[0098]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-1n-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-1n-Cd合金制成，夕卜形呈圓柱狀,直徑為7.3mm。
[0099]拉伸強(qiáng)度為lOOOGpa
[0100]楊氏模量為1060Gpa
[0101]熱阻為8.935X 10 3m2K/w。
[0102]對(duì)比例1
[0103]生產(chǎn)反應(yīng)堆控制棒,該控制棒為實(shí)心結(jié)構(gòu)，夕卜形呈圓柱狀，其直徑為12mm,該控制棒只由Ag-1n-Cd合金制成,無(wú)石墨烯層。
[0104]對(duì)比例1控制棒的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù):
[0105]拉伸強(qiáng)度為0.78Gpa
[0106]楊氏模量為0.85Gpa
[0107]熱阻為5.933X 10 3m2K/w。
[0108]對(duì)比例2
[0109]生產(chǎn)反應(yīng)堆控制棒,該控制棒為空心結(jié)構(gòu)，夕卜形呈圓柱狀，其直徑為15mm,壁厚為2mm,該控制棒只由Ag-1n-Cd合金制成,無(wú)石墨烯層。
[0110]對(duì)比例2控制棒的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù):
[0111]拉伸強(qiáng)度為0.78Gpa
[0112]楊氏模量為0.85Gpa
[0113]熱阻為9.435X 10 3m2K/w。
[0114]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-1n-Cd結(jié)合形成石墨烯制控制棒相對(duì)于純Ag-1n-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)。
[0115]根據(jù)本發(fā)明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:
[0116]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100倍左右；
[0117]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，石墨烯材料具有極強(qiáng)的熱穩(wěn)定性，其基本結(jié)構(gòu)為有機(jī)材料中最穩(wěn)定的苯六元環(huán)；
[0118]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-1n-Cd合金；
[0119]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；
[0120]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。
[0121]以上結(jié)合了優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說(shuō)明，不過(guò)這些實(shí)施方式僅是范例性的，僅起到說(shuō)明作用。在此基礎(chǔ)上，可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行多種替換和改進(jìn)，這些均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
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0.95mm-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； 石墨烯層制備方法為化學(xué)氣相沉積法，其中沉積條件如下: 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，降溫速度為8 ?12。。/min。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-0.2_，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_。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-0.2mm。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0.95mm-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-1n-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-1n-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。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-1n-Cd合金制成的基體表面形成的石墨烯層。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)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，本發(fā)明改變控制棒材料，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?？刂瓢粑辗磻?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(lái)看，加入石墨烯層具有一定的經(jīng)濟(jì)性。
【IPC分類】B32B33/00, G21C7/10
【公開(kāi)號(hào)】CN105448355
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410245878
【發(fā)明人】周濤, 宋明強(qiáng), 琚忠云
【申請(qǐng)人】華北電力大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年3月30日
【申請(qǐng)日】2014年6月4日