中子吸收材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供的中子吸收材料的制备方法，于真空环境中，将铝粉、碳化硼颗粒加入到纳米颗粒悬浊液中以形成粉体浆料，将所述粉体浆料真空干燥后于真空条件下进行压制得到坯料，将所述坯料真空烧结得到坯体，将所述坯体挤压成板材，并对所述板材轧制得到纳米碳化硅‑纳米氧化铝‑碳化硼‑铝中子吸收材料，采用上述方法制备的纳米碳化硅‑纳米氧化铝‑碳化硼‑铝中子吸收材料增强相分布均匀性好、致密度高、室温及高温力学强度高、热导率高，制备过程效率高，适合规模化生产。

【技术实现步骤摘要】
中子吸收材料及其制备方法
本专利技术涉及新材料
，特别涉及一种中子吸收材料及其制备方法。
技术介绍
核燃料在反应堆内运行燃烧后转变为乏燃料，需定时从反应堆内卸出，若处置不当将引发难以估量的灾难。乏燃料在运输、贮存过程中都需要中子吸收材料来吸收乏燃料释放出的热中子，确保其处于安全的次临界状态。世界各国普遍采用湿式贮存和干式贮存方式来贮存乏燃料，其中具有技术可靠、维护成本低、建造周期短的干式贮存依然成为主流。与湿式贮存水池环境不同，对外贮存用中子吸收材料的服役温度为350℃高温，对材料的高温性能提出更加苛刻的要求，国内现已商用的干式贮存用B4C/Al中子吸收材料高温强度不足，需要配合不锈钢格架一起使用。由于不锈钢导热性能差，不利于此类干式贮存设施长期使用的安全可靠性，且贮存密度低。需要开发一种具有高温高强高导热中子吸收材料作为结构功能一体化材料用于干式贮存设施。对现有资料搜索发现，目前国内尚无高温高强高导热中子吸收材料的商用报道。申请号为201910094465.0的专利“一种新型氧化物弥撒强化中子吸收材料”采用纳米Al2O3等纳米氧化物作为增强相、B4C作为中子吸收体制备的氧化物弥撒强化中子吸收材料高温强度高，可用于中子吸收功能和结构支撑作用，仍而其实施例中综合性能最好样品的室温热导率为135W/(m*K)，且随着温度升高至350℃的服役温度，其热导率还会继续降低，难以满足服役要求。文献“MechanicalandfunctionalpropertiesofultrafinegrainedAlwiresreinforcedbynano-Al2O3particles”报道了铝粉表层的自生成纳米Al2O3可以作为弥撒增强相的来源，同时通过外加纳米Al2O3可以进一步提高复合材料的强度。由于Al2O3陶瓷热导率较低，复合材料的热导率随着Al2O3含量的增大而降低，而且文献中采用制备工艺复杂且耗时长。
技术实现思路
鉴于此，有必要提供一种增强相分布均匀性好、致密度高、室温及高温力学强度高、热导率高的中子吸收材料的制备方法。一种中子吸收材料的制备方法，包括下述步骤：制备纳米颗粒悬浊液；于真空环境中，将铝粉、碳化硼颗粒加入到所述纳米颗粒悬浊液中，形成粉体浆料；将所述粉体浆料真空干燥后于真空条件下进行压制得到坯料；将所述坯料真空烧结得到坯体；将所述坯体挤压成板材，并对所述板材轧制得到纳米碳化硅-纳米氧化铝-碳化硼-铝中子吸收材料。在其中一些实施例中，在进行制备纳米颗粒悬浊液的步骤之前，还包括将铝粉、碳化硼颗粒、纳米碳化硅粉进行真空干燥的步骤。在其中一些实施例中，在制备纳米颗粒悬浊液的步骤中具体包括：将纳米碳化硅粉加到有机溶剂中，并进行机械搅拌和超声分散处理，使得纳米碳化硅颗粒之间的团聚被完全打撒，形成所述纳米颗粒悬浊液；其中：所述机械搅拌和超声分散处理的时间为1-15min。在其中一些实施例中，在于真空环境中，将铝粉、碳化硼颗粒加入到所述纳米颗粒悬浊液中，形成粉体浆料的步骤中，具体包括：将铝粉和碳化硼颗粒加入到纳米颗粒悬浊液中，得到混合浆料，将所述混合浆料置于非介入式混粉机中在常压环境下混合2-10min后，开启真空泵将混合腔室抽至真空，在真空环境下继续混合2-5min后卸真空停止混粉，形成粉体浆料。在其中一些实施例中，在所述混合浆料中，所述碳化硼颗粒的质量占比为5-25wt％、纳米碳化硅颗粒的质量占比为0.5-5wt％，余量为铝粉；在所述纳米颗粒悬浊液中，粉体质量与所述纳米颗粒悬浊液之间比例关系为1.5g：1ml～2.5g：1ml。在其中一些实施例中，在将所述粉体浆料真空干燥后于真空条件下进行压制得到坯料的步骤中，具体包括：将所述粉体浆料置于真空干燥箱内干燥；其中：干燥温度40-100℃、优选80℃，干燥时间为1-12h，真空度为0.1-10Kpa；将真空干燥后的粉体装入冷压套中，抽真空后除去空气包装，后放入冷等静压机进行压制；其中冷等静压压制压力为250-400MPa，冷压时间为1-5min。在其中一些实施例中，在将所述坯料真空烧结得到坯体的步骤中，具体包括：将所述坯料于400-600℃下真空烧结2-24h得到所述坯体。在其中一些实施例中，在将所述坯体挤压成板材，并对所述板材轧制得到纳米碳化硅-纳米氧化铝-碳化硼-铝中子吸收材料的步骤中，具体包括：将所述坯体挤压成板材，再对所述板材轧制至合适厚度，得到纳米碳化硅-纳米氧化铝-碳化硼-铝中子吸收材料，其中挤压温度为350-550℃，挤压比为4:1～16:1，轧制温度为350-550℃，单道次变形量为5-20％。在其中一些实施例中，所述铝粉尺寸D50为1-3μm，碳化硼颗粒尺寸D50为＜50μm，纳米碳化硅粉尺寸D50为30-100nm。另外，本专利技术还提供了一种中子吸收材料，包括所述的中子吸收材料的制备方法制备而成。本专利技术提供的中子吸收材料的制备方法，于真空环境中，将铝粉、碳化硼颗粒加入到纳米颗粒悬浊液中以形成粉体浆料，将所述粉体浆料真空干燥后于真空条件下进行压制得到坯料，将所述坯料真空烧结得到坯体，将所述坯体挤压成板材，并对所述板材轧制得到纳米碳化硅-纳米氧化铝-碳化硼-铝中子吸收材料，采用上述方法制备的纳米碳化硅-纳米氧化铝-碳化硼-铝中子吸收材料增强相分布均匀性好、致密度高、室温及高温力学强度高、热导率高，制备过程效率高，适合规模化生产。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对本专利技术实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的中子吸收材料的制备方法的步骤流程图；图2表示为实施例1制备的纳米碳化硅-纳米氧化铝-碳化硼-铝中子吸收材料金相组织照片。图3表示为实施例1制备纳米碳化硅-纳米氧化铝-碳化硼-铝中子吸收材料微观组织照片。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，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，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本专利技术的描述中，“多个”的含义是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种中子吸收材料的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：/n制备纳米颗粒悬浊液；/n于真空环境中，将铝粉、碳化硼颗粒加入到所述纳米颗粒悬浊液中，形成粉体浆料；/n将所述粉体浆料真空干燥后于真空条件下进行压制得到坯料；/n将所述坯料真空烧结得到坯体；/n将所述坯体挤压成板材，并对所述板材轧制得到纳米碳化硅-纳米氧化铝-碳化硼-铝中子吸收材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种中子吸收材料的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
制备纳米颗粒悬浊液；
于真空环境中，将铝粉、碳化硼颗粒加入到所述纳米颗粒悬浊液中，形成粉体浆料；
将所述粉体浆料真空干燥后于真空条件下进行压制得到坯料；
将所述坯料真空烧结得到坯体；
将所述坯体挤压成板材，并对所述板材轧制得到纳米碳化硅-纳米氧化铝-碳化硼-铝中子吸收材料。


2.如权利要求1所述的中子吸收材料的制备方法，其特征在于，在进行制备纳米颗粒悬浊液的步骤之前，还包括将铝粉、碳化硼颗粒、纳米碳化硅粉进行真空干燥的步骤。


3.如权利要求1所述的中子吸收材料的制备方法，其特征在于，在制备纳米颗粒悬浊液的步骤中具体包括：
将纳米碳化硅粉加到有机溶剂中，并进行机械搅拌和超声分散处理，使得纳米碳化硅颗粒之间的团聚被完全打撒，形成所述纳米颗粒悬浊液；其中：所述机械搅拌和超声分散处理的时间为1-15min。


4.如权利要求3所述的中子吸收材料的制备方法，其特征在于，在于真空环境中，将铝粉、碳化硼颗粒加入到所述纳米颗粒悬浊液中，形成粉体浆料的步骤中，具体包括：
将铝粉和碳化硼颗粒加入到纳米颗粒悬浊液中，得到混合浆料，将所述混合浆料置于非介入式混粉机中在常压环境下混合2-10min后，开启真空泵将混合腔室抽至真空，在真空环境下继续混合2-5min后卸真空停止混粉，形成粉体浆料。


5.如权利要求4所述的中子吸收材料的制备方法，其特征在于，在所述混合浆料中，所述碳化硼颗粒的质量占比为5-25wt％、纳米碳化硅颗粒的质量占比为0.5-5wt％，余量为铝粉；在所述纳...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯上样，刘伟，赵聪聪，徐龙，夏大彪，杨光猛，郑念竹，
申请(专利权)人：季华实验室，
类型：发明
国别省市：广东;44