一种碳化硼基中子吸收材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及碳化硼基中子生产技术领域，具体为一种碳化硼基中子吸收材料及其制备方法。

背景技术

碳化硼作为具有较高中子吸收能力的材料,已被广泛地应用在核反应堆中，在快中子增殖堆和高温气冷堆这两种先进堆型的控制材料和屏蔽材料的选择上,首选了碳化硼作为中子吸收材料,而且得到了成功的应用，石墨是热中子堆中采用最广的固体慢化材料，这主要是石墨具有以下的优异性能:热中子吸收截面小,熔点高,热导性好,高温强度好,可以合理价格大规模生产得到。碳化硼与石墨复合后,可以用于反应堆外周,防止放射性物质外泄，用于反应堆第二层防护,作反应堆屏蔽材料,吸收放射性物质，用作反应堆控制棒，控制反应堆反应速度,并以控制棒作为第一停堆系统,碳化硼吸收小球作为反应堆的第二停堆系统等。

现有的碳化硼基中子在生产过程中需要对制备设备内部加入质量含量为20～30%的碳化硼粉体,质量含量为55～72.5%的石墨粉体,质量含量为15～30%酚醛树脂粉体为原料,以有机溶剂为溶剂混合形成浆料，而现有的制备设备结构较为简单，通常位于其内部设置单个搅拌杆，导致其搅拌效率大大降低，使得其生产周期大大延长，存在一定的局限性。

发明内容

基于此，本发明的目的是提供一种碳化硼基中子吸收材料及其制备方法，以解决上述背景中提出的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种碳化硼基中子吸收材料，其组成包括碳化硼基体、烧结助剂和中子吸收剂，酚醛树脂粉体以及有机溶剂；所述碳化硼基体为碳化硼粉体，所述烧结助剂为石墨粉体、碳化硼、氮化硼或硼其中的一种或几种，所述中子吸收剂为碳化硼。

一种碳化硼基中子吸收材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、选取合适的制备设备对碳化硼基中子吸收材料的原料进行加工；

S2、对所得物料造粒、冷等静压形成素坯吸收球，所得的产物在保护气氛下，启动电热丝，使得所得的物料受高温处理，并采用化学气相沉积方法形成一层碳包覆层，利用上述方法可对碳化硼基中子进行吸收材料制备。

制备设备，包括制备设备本体，所述制备设备本体内壁转动有转轴，所述制备设备本体内壁位于转轴外部固定有内置箱，所述转轴侧壁固定有一号锥齿轮，所述内置箱内壁转动有与一号锥齿轮相咬合的二号锥齿轮，所述内置箱内壁转动有与二号锥齿轮相咬合的三号锥齿轮，所述三号锥齿轮底端固定有套接于转轴外壁的套筒，所述套筒两侧固定有两组侧搅拌杆。

优选的，所述制备设备本体顶端安装有电机，且电机与转轴之间通过联轴器连接，所述制备设备本体内部开设有与转轴相匹配的转槽。

优选的，所述三号锥齿轮端部开设有延伸至套筒底端的活动孔，且活动孔直径大于转轴的直径。

优选的，两组所述侧搅拌杆关于套筒竖直中轴线对称设置，所述侧搅拌杆底端固定有外搅拌扇叶，所述转轴底端固定有内搅拌扇叶。

优选的，所述制备设备本体内壁位于内搅拌扇叶下方滑动有搅拌桶，所述侧搅拌杆侧壁固定有与制备设备本体内壁转动连接的侧杆，所述侧杆侧壁固定有延伸至搅拌桶侧壁的推挤块，所述搅拌桶侧壁开设有与推挤块相匹配的弧形导向槽。

优选的，所述搅拌桶底端开设有内出料孔，所述制备设备本体底端设置有蝶阀，所述蝶阀与内出料孔之间固定有伸缩管，所述制备设备本体顶端设置有进料口。

一种碳化硼基中子吸收材料的制备方法，具体包括以下步骤：

S1、选取合适的制备设备对碳化硼基中子吸收材料的原料进行加工；

S11、当需要对碳化硼基中子进行加工时，可通过将碳化硼粉体、石墨粉体、酚醛树脂粉体以及有机溶剂通过进料口投入至搅拌桶内部；

S12、通过电机可带动其一端设置的转轴围绕与制备设备本体接触位置处转动，继而带动其外壁固定的一号锥齿轮转动，使得与其相咬合的二号锥齿轮围绕与内置箱接触位置处转动，继而带动与其相咬合的三号锥齿轮围绕与内置箱接触位置处转动，继而带动其底端固定的套筒转动；

S13、转轴的转动可带动其底端固定的内搅拌扇叶转动，而套筒的转动可使得其侧壁固定的两组侧搅拌杆转动，继而带动其底端固定的外搅拌扇叶转动；

S14、内搅拌扇叶与外搅拌扇叶朝向相反方向转动，可对搅拌桶内部的物料进行充分混合；

S15、侧搅拌杆的转动带动其侧壁固定的侧杆作圆周运动，可带动其侧壁固定的推挤块滑动于搅拌桶侧壁开设的弧形导向槽内部，由于其弧形设置，可使得搅拌桶往复滑动于制备设备本体内壁，可使得搅拌桶内部的物料进行充分混合；

S2、所得物料造粒、冷等静压形成素坯吸收球，所得的产物在保护气氛下，启动电热丝，使得所得的物料受高温处理，并采用化学气相沉积方法形成一层碳包覆层，利用上述方法可对碳化硼基中子进行吸收材料制备。

综上所述，本发明主要具有以下有益效果：

本发明通过启动电机，可带动转轴转动，继而在一号锥齿轮、二号锥齿轮以及三号锥齿轮的相互配合下，使得转轴与套筒朝向相反的方向转动，继而带动外搅拌扇叶与内搅拌扇叶朝向相反的方向搅拌，可对碳化硼粉体、石墨粉体、酚醛树脂粉体以及有机溶剂混合形成浆料的物料进行混合，起到了充分混合的作用，与此同时，可在推挤块与搅拌桶的相互配合下，可使得搅拌桶滑动于制备设备内部，可对上层物料与下层物料进行充分混合，避免了传统单个搅拌杆存在搅拌加工周期长的问题。

附图说明

图1为本发明的制备设备立体图；

图2为本发明的制备设备正面剖视图；

图3为本发明的图2中A的局部放大图；

图4为本发明的搅拌桶立体图。

图中：1、制备设备本体；2、内置箱；3、转轴；4、一号锥齿轮；5、二号锥齿轮；6、三号锥齿轮；7、套筒；8、侧搅拌杆；9、内搅拌扇叶；10、外搅拌扇叶；11、侧杆；12、推挤块；13、搅拌桶；14、伸缩管；15、蝶阀；16、进料口。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面根据本发明的整体结构，对其实施例进行说明。

一种碳化硼基中子吸收材料，其组成包括碳化硼基体、烧结助剂和中子吸收剂，酚醛树脂粉体以及有机溶剂；所述碳化硼基体为碳化硼粉体，所述烧结助剂为石墨粉体、碳化硼、氮化硼或硼其中的一种或几种，所述中子吸收剂为碳化硼。

一种碳化硼基中子吸收材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、选取合适的制备设备对碳化硼基中子吸收材料的原料进行加工；

S2、对所得物料造粒、冷等静压形成素坯吸收球，所得的产物在保护气氛下，启动电热丝，使得所得的物料受高温处理，并采用化学气相沉积方法形成一层碳包覆层，利用上述方法可对碳化硼基中子进行吸收材料制备。

如图1、图2、图3和图4所示，制备设备，包括制备设备本体1，制备设备本体1内壁转动有转轴3，制备设备本体1内壁位于转轴3外部固定有内置箱2，转轴3侧壁固定有一号锥齿轮4，内置箱2内壁转动有与一号锥齿轮4相咬合的二号锥齿轮5，内置箱2内壁转动有与二号锥齿轮5相咬合的三号锥齿轮6，三号锥齿轮6底端固定有套接于转轴3外壁的套筒7，套筒7两侧固定有两组侧搅拌杆8；

制备设备本体1顶端安装有电机，且电机与转轴3之间通过联轴器连接，制备设备本体1内部开设有与转轴3相匹配的转槽，三号锥齿轮6端部开设有延伸至套筒7底端的活动孔，且活动孔直径大于转轴3的直径，两组侧搅拌杆8关于套筒7竖直中轴线对称设置，侧搅拌杆8底端固定有外搅拌扇叶10，转轴3底端固定有内搅拌扇叶9；

制备设备本体1内壁位于内搅拌扇叶9下方滑动有搅拌桶13，侧搅拌杆8侧壁固定有与制备设备本体1内壁转动连接的侧杆11，侧杆11侧壁固定有延伸至搅拌桶13侧壁的推挤块12，搅拌桶13侧壁开设有与推挤块12相匹配的弧形导向槽，搅拌桶13底端开设有内出料孔，制备设备本体1底端设置有蝶阀15，蝶阀15与内出料孔之间固定有伸缩管14，制备设备本体1顶端设置有进料口16，搅拌桶13内壁设置有加热丝。

如图1、图2、图3和图4所示，一种碳化硼基中子吸收材料的制备方法，具体包括以下步骤：

S1、选取合适的制备设备对碳化硼基中子吸收材料的原料进行加工；

S11、当需要对碳化硼基中子进行加工时，可通过将碳化硼粉体、石墨粉体、酚醛树脂粉体以及有机溶剂通过进料口16投入至搅拌桶13内部；

S12、通过电机可带动其一端设置的转轴3围绕与制备设备本体1接触位置处转动，继而带动其外壁固定的一号锥齿轮4转动，使得与其相咬合的二号锥齿轮5围绕与内置箱2接触位置处转动，继而带动与其相咬合的三号锥齿轮6围绕与内置箱2接触位置处转动，继而带动其底端固定的套筒7转动；

S13、转轴3的转动可带动其底端固定的内搅拌扇叶9转动，而套筒7的转动可使得其侧壁固定的两组侧搅拌杆8转动，继而带动其底端固定的外搅拌扇叶10转动；

S14、内搅拌扇叶9与外搅拌扇叶10朝向相反方向转动，可对搅拌桶13内部的物料进行充分混合；

S15、侧搅拌杆8的转动带动其侧壁固定的侧杆11作圆周运动，可带动其侧壁固定的推挤块12滑动于搅拌桶13侧壁开设的弧形导向槽内部，由于其弧形设置，可使得搅拌桶13往复滑动于制备设备本体1内壁，可使得搅拌桶13内部的物料进行充分混合；

S2、所得物料造粒、冷等静压形成素坯吸收球，所得的产物在保护气氛下，启动电热丝，使得所得的物料受高温处理，并采用化学气相沉积方法形成一层碳包覆层，利用上述方法可对碳化硼基中子进行吸收材料制备。

工作原理：

使用时，可将碳化硼粉体、石墨粉体、酚醛树脂粉体为原料以及有机溶剂为溶剂混合形成浆料投入至制备设备本体1内部，继而启动电机，可使得内搅拌扇叶9与外搅拌扇叶10朝向相反方向转动，与此同时，可带动搅拌桶13往复滑动于制备设备本体1内壁，可对物料进行充分混合，继而待所得物料造粒、冷等静压形成素坯吸收球，所得的产物在保护气氛下，启动电热丝，使得所得的物料受高温处理，并采用化学气相沉积方法形成一层碳包覆层，利用上述方法可对碳化硼基中子进行吸收材料制备。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，但本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对发明的限制，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合，本领域技术人员在阅读完本说明书后可在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下，可以根据需要对实施例做出没有创造性贡献的修改、替换和变型等，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。