一种中子吸收体材料及其制备方法、控制棒技术

本发明专利技术公开一种中子吸收体材料及其制备方法，包括：S1，按重量份计，用氧化钐原料30‑90份和氧化铪原料10‑70份配制成浆料，并将浆料中的固体颗粒研磨至亚微米级以下；S2，将制得的亚微米级以下的浆料干燥，再粉碎、过筛，得到所需粒径的粉体颗粒；S3，将过筛后的粉体颗粒压制成素胚；S4，将素胚高温烧结，得到中子吸收体。本发明专利技术还公开一种控制棒，其吸收体采用上述中子吸收材料。本发明专利技术方法工艺简单，制备的中子吸收材料及控制棒辐照肿胀小、辐照蠕变小，使用寿命长。

【技术实现步骤摘要】
一种中子吸收体材料及其制备方法、控制棒
本专利技术属于核
，具体涉及一种中子吸收体材料及其制备方法、控制棒。
技术介绍
核反应堆的设计中，控制棒是常用的反应性控制方式，利用控制棒的提升和插入来控制核反应堆的反应性。目前，核反应堆的控制棒设计通常采用Ag-In-Cd合金或碳化硼作为吸收体材料制成。Ag-In-Cd合金具有较好的中子吸收性能，即使Ag、In和Cd三种元素发生同位素嬗变后也仍具有足够的中子吸收截面，被广泛应用于商用压水堆核电站，但是，Ag-In-Cd合金材料在使用过程中会发生明显的辐照肿胀和辐照蠕变行为，并且成本高；碳化硼虽然价格较便宜，但消耗速度非常快，使用寿命较短，需要定期更换，而且使用过程中会产生气体，需要对其进行封装使用，采用碳化硼制成的控制棒在整个运行寿期内对控制棒的密封性及机械强度要求较高，加工和使用不方便。
技术实现思路
本专利技术要解决的问题是针对现有技术存在的以上不足，提供一种辐照肿胀小、辐照蠕变效应小的中子吸收体材料及其制备方法、控制棒。根据本专利技术的一个方面，公开一种中子吸收体材料，其技术方案如下：一种中子吸收体材料，其化学组成以重量份计包括：氧化钐30-90份，氧化铪10-70份。优选的，所述中子吸收体材料为萤石型晶体结构。根据本专利技术的另一个方面，公开一种子吸收体材料的制备方法，其技术方案如下：一种中子吸收体材料的制备方法，包括：S1制浆：按重量份计，用氧化钐原料30-90份和氧化铪原料10-70份配制成浆料，并将浆料中的固体颗粒研磨至亚微米级以下；S2制粉：将制得的亚微米级以下的浆料干燥，再粉碎、过筛，得到所需粒径粉体颗粒；S3压制成型：将过筛后的粉体颗粒压制成素胚；S4烧结：将素胚高温烧结，得到中子吸收体材料。优选的是，所述步骤S1制浆过程包括：将所述氧化钐原料和氧化铪原料加入到溶剂中，加入分散剂，在150-200r/min转速条件下球磨2-24h,得到固体颗粒粒径在所述亚微米级以下的浆料。优选的是，所述溶剂为甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、丁醇、辛醇以及甘醇中的一种或多种，溶剂与氧化钐原料、氧化铪原料的总重量比为1:(1-3)；所述分散剂为聚丙烯酸钠、聚丙烯酸铵、聚乙稀醇、聚乙二醇、六偏磷酸钠以及磷酸钠中的一种或多种，其用量为浆料总重量的0.1-5％。优选的是，所述氧化钐原料的纯度为95-100％，所述氧化铪原物料的纯度为80-100％。优选的是，在步骤S2中，所述干燥的温度为60-80℃，所述过筛采用60-100目数的筛网。优选的是，所述步骤S3压制成素胚过程包括：先在10-150MPa条件下干压处理，再在180-250Mpa条件下冷等静压处理，冷等静压处理保压时间为20-200s。优选的是，所述步骤S4烧结过程包括：先将上述制得的素胚在500-600℃条件下保温处理1-2h，然后在1500-1800℃条件下烧结2-10h，得到所述中子吸收体材料。其材料结构为萤石型晶体结构。根据本专利技术的又一个方面，还公开一种控制棒，其技术方案如下：一种控制棒，包括包壳、吸收体，吸收体设于包壳的内部空间，所述吸收体采用以上所述的中子吸收体材料加工而成。本专利技术的有益效果如下：(1)制备的中子吸收体材料及控制棒，具有优异的抗辐照肿胀、抗辐照蠕变性能，且抗弯、抗压、抗腐蚀等性能也均能达到反应堆堆芯等恶劣环境的应用需求，可广泛适用于商用反应堆、研究堆、等多种核设施和核设备以及其它中子屏蔽领域。(2)与单纯的氧化钐中子吸收材料相比，克服了氧化钐在高温条件下和对水的化学稳定性差的缺点，与单纯氧化铪中子吸收材料相比，克服了氧化铪造价成本高的难题。(3)与Ag-In-Cd合金相比，辐照肿胀小、辐照蠕变效应小、熔点更高(2000℃以上)，使用寿命更长；与碳化硼相比，不会产生气体，制备控制棒时封装要求较低，更方便。附图说明图1为本专利技术实施例1的中子吸收体材料制备方法流程图；图2为本专利技术实施例1中过筛后得到的亚微米粉体的SEM图；图3为本专利技术实施例1中制得的氧化钐和氧化铪中子吸收体材料样品；图4为本专利技术实施例1中制得的氧化钐和氧化铪中子吸收体材料样品的XRD图；图5为本专利技术实施例2中控制棒的结构示意图。图中：1-第一端塞；2-压紧弹簧；3-包壳；4-吸收体；5-第二端塞。具体实施方式为了使本领域技术人员更好的理解本专利技术的技术方案，下面将结合本专利技术的附图和具体实施例，对本专利技术作进一步清楚、完整的描述。下面详细描述本专利的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利，而不能理解为对本专利的限制。针对现有技术中，中子吸收体材料存在的辐照肿胀大、易辐照蠕变等问题，本专利技术公开一种中子吸收材料，其化学组成以重量份计包括：氧化钐30-90份，氧化铪10-70份。所述中子吸收体材料为萤石型晶体结构。相应地，本专利技术还公开一种上述中子吸收材料的制备方法，包括：S1制浆：按重量份计，用氧化钐原料30-90份和氧化铪原料10-70份配制成浆料，并将浆料中的固体颗粒研磨至亚微米级以下；S2制粉：将制得亚微米级以下的浆料干燥，再粉碎、过筛，得到所需粒径的粉体颗粒；S3压制成型：将过筛后的粉体颗粒压制成素胚；S4烧结：将素胚高温烧结，得到中子吸收体材料。以及，本专利技术还公开一种控制棒，包括包壳、吸收体，吸收体设于包壳的内部空间，所述吸收体采用以上所述的中子吸收体材料加工而成。实施例1本实施例公开一种中子吸收体材料的制备方法，包括以下步骤：S1制浆：按重量份计，取氧化钐原料30-90份和氧化铪原料10-70份配制成浆料，并将浆料中的固体颗粒研磨至亚微米级以下。其中，氧化钐原料的纯度为95-100％，氧化铪原物料的纯度为80-100％。具体的，将氧化钐原料和氧化铪原料按上述比例加入到溶剂中，加入分散剂，在150-200r/min转速条件下球磨2-24h后得到固体颗粒粒径为亚微米级以下的浆料(即固体颗粒的粒径为100nm以下)，亚微米级以下的浆料中的氧化钐和氧化铪分布更均匀，制得中子材料性能更佳。其中，球磨过程的球料比(即磨球介质的质量与氧化钐、氧化铪原料粉体的质量比)可为(2-5):1，优选为3:1，磨球介质的大小优选控制在1-10mm，以提高球磨效率和确保浆料中的固体颗粒的粒径达到所需的亚微米级以下的要求。可选的，本实施例中的溶剂可以为甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、丁醇、辛醇以及甘醇中的一种或多种，优选为乙醇。溶剂的用量应足够使上述氧化钐原料、氧化铪原料分散均匀，不出现明显团聚，本实施例中优选溶剂与氧化钐原料、氧化铪原料的总重量比本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种中子吸收体材料，其特征在于，其化学组成以重量份计包括：氧化钐30-90份，氧化铪10-70份。/n

【技术特征摘要】
1.一种中子吸收体材料，其特征在于，其化学组成以重量份计包括：氧化钐30-90份，氧化铪10-70份。


2.根据权利要求1所述的中子吸收体材料，其特征在于，所述中子吸收体材料为萤石型晶体结构。


3.一种中子吸收体材料的制备方法，包括：
S1制浆：按重量份计，用氧化钐原料30-90份和氧化铪原料10-70份配制成浆料，并将浆料中的固体颗粒研磨至亚微米级以下；
S2制粉：将制得的亚微米级以下的浆料干燥，再粉碎、过筛，得到所需粒径的粉体颗粒；
S3压制成型：将过筛后的粉体颗粒压制成素胚；
S4烧结：将素胚高温烧结，得到中子吸收体材料。


4.根据权利要求3所述的中子吸收体材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1制浆过程包括：
将所述氧化钐原料和氧化铪原料加入到溶剂中，加入分散剂，在150-200r/min转速条件下球磨2-24h,得到固体颗粒粒径在所述亚微米级以下的浆料。


5.根据权利要求4所述的中子吸收体材料的制备方法，其特征在于，所述溶剂为甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、丁醇、辛醇以及甘醇中的一种或多种，溶剂与氧化钐原料、氧化铪原料的总重量比为1:(1-3)；
所述分散剂为...

【专利技术属性】
技术研发人员：易璇，徐敏，贺楷，米爱军，霍小东，范武刚，张兆泉，
申请(专利权)人：中国核电工程有限公司，中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11