[发明专利]一种用于高温气冷堆电气贯穿件的玻璃-金属密封材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于核反应安全技术领域，具体涉及一种用于高温气冷堆电气贯穿件的玻璃-金属密封材料及其制备方法。 

背景技术

高温气冷堆是目前国际核能领域公认的新一代核能系统，其采用氦气作冷却剂，石墨作慢化材料，并采用包覆颗粒燃料以及全陶瓷的堆芯结构材料，具有固有安全性好、发电效率高的特点。 

高温气冷堆电气贯穿件是安装在反应堆压力容器、蒸汽发生器承压壳和热气导管承压壳、低压通风型安全壳上的1E级电气设备，其用途是在正常和事故工况下，保证安全屏障内用电设备的电气连续性，并维持反应堆压力边界的完整性，防止冷却剂以及其它放射性物质外泄。 

电气贯穿件主要由筒体、金属导体和密封材料组成，其中密封材料主要分为三种：有机物、玻璃和陶瓷，而筒体均采用金属材料，位于中心的金属导体与密封材料之间、以及密封材料与筒体金属材料之间的密封决定了电气贯穿件的性能。目前美国Conax Nuclear、法国IST Auxitrol Nuclear、俄罗斯Elox公司均采用有机物-金属密封材料，德国的Schott倡导使用玻璃-金属密封材料。 

尽管有机物-金属密封材料符合第一代和第二代核电站中电气贯穿件的设计规格要求并已获得应用，但是，2011年3月日本福岛发生核泄漏事故后，人们意识到有机物-金属密封材料显然无法满足新一代核电站的需求，日本核安全监管改革委员会在2012年国际核能峰会上曾表示“泄露极有可能是由于有机密封材料的失效引起的”，专家分析认为过高的温度和压力摧毁了日本福岛核电站中用环氧树脂密封的电气贯穿件，由此引起了爆炸性氢气的泄露。因此，目前玻璃-金属密封材料的电气贯穿件受到了高度重视。 

发明内容

本发明的目的是提供一种用于高温气冷堆的玻璃-金属密封材料及其制备方 法。采用该方法所制备的电气贯穿件，具有高气密性、良好的抗热震性、耐高温、耐辐照、阻燃等特性，从而解决了目前有机物-金属密封电气贯穿件所存在的不足和缺陷。 

一种用于高温气冷堆电气贯穿件的玻璃-金属密封材料，所述高温气冷堆电气贯穿件主要由金属筒体、金属导体和密封材料组成，所述密封材料为玻璃，所述玻璃的组分按重量百分比以化合物计含有：SiO₂：40～60％；B₂O₃：3～10％；Al₂O₃：1～5％；La₂O₃：0～5％；Li₂O：0～3％；Na₂O：3～7％；K₂O：3～6％；BaO：30～40％；TiO₂：2～6％；Sb₂O₃：0～1％，各组分之和为100％。 

所述金属筒体为10号钢或30CrMnSiA合金结构钢。 

所述金属导体为可伐合金。 

上述用于高温气冷堆电气贯穿件的玻璃-金属密封材料的制备方法，所述方法包括以下具体步骤： 

1）采用高温熔融法制备玻璃粉体：按照玻璃组成称取原料SiO₂、H₂BO₃、Al₂O₃、La₂O₃、Li₂CO₃、Na₂CO₃、K₂CO₃、BaCO₃、TiO₂、Sb₂O₃，然后将原料在行星球磨机中加入球磨介质研磨4～6小时，烘干后在1300～1600℃保温2～4小时进行高温熔融，经过水淬即得所需玻璃渣料； 

2）制备玻璃预成型坯体：将步骤1）得到的玻璃渣料在行星球磨机中加入球磨介质研磨4～6小时，烘干后在玻璃粉体中加入石蜡，在加热情况下充分拌匀后冷却、造粒、过筛，然后在自动成型机上成型，再经过排蜡，得到玻璃预成型坯体； 

3）金属筒体和金属导体的烧氢与预氧化处理：在金属零件加工好以后，首清洗金属筒体和金属导体的表面油污、烘干，然后进行烧氢与预氧化处理，烧氢处理的温度为1000℃，保温时间为30分钟；在空气气氛下进行预氧化处理，温度为700℃，保温时间为30分钟；