[发明专利]中子吸收材料及其制备方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及新材料技术领域，特别涉及一种中子吸收材料及其制备方法。

背景技术

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“Mechanical and functional properties of ultrafine grainedAl wires reinforced by nano-Al2O3 particles”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。

发明内容

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。