專(zhuān)利名稱(chēng)：含硼石墨及其它的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及核石墨制造生產(chǎn)工藝技術(shù)領(lǐng)域，更具體地講是一種含硼石墨及它的生產(chǎn)工藝。
背景技術(shù)：
核反應(yīng)堆使用含硼石墨在核反應(yīng)過(guò)程中起到吸收核反應(yīng)產(chǎn)生中子的作用，其硼含量及其均勻性是發(fā)揮這一作用的關(guān)鍵。含硼石墨除應(yīng)具備一般性核石墨關(guān)于體積密度、電阻率、強(qiáng)度、灰份、熱膨脹系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)等石墨材料技術(shù)指標(biāo)要求外，特別對(duì)硼含量及其分布均勻性有特殊的嚴(yán)格的要求。生產(chǎn)一般性人造石墨材料，需要進(jìn)行經(jīng)過(guò)2500℃以上的高溫石墨化過(guò)程，而這一溫度大大高于硼的逸出溫度，因此采用一般工藝技術(shù)難以保證成品的硼含量指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)。
我國(guó)從上世紀(jì)60年代開(kāi)始研制生產(chǎn)核石墨。核石墨的研制生產(chǎn)，國(guó)內(nèi)一直沒(méi)有進(jìn)行含硼石墨開(kāi)發(fā)研制，2002年中國(guó)原子能研究院，引用和借鑒前蘇聯(lián)的含硼石墨技術(shù)條件，制訂了國(guó)內(nèi)含硼石墨理化性能指標(biāo)，根據(jù)這一指標(biāo)體系，按照CEFR01207ZHC01-JT《中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆流體系統(tǒng)與相關(guān)部件的清洗技術(shù)條件》、GB7427-78《碳素材料取樣方法》、GB1429-85《石墨材料灰份含量測(cè)定方法》等標(biāo)準(zhǔn)要求，研制并生產(chǎn)了核石墨用含硼石墨。通過(guò)本發(fā)明的生產(chǎn)工藝技術(shù)改進(jìn)，確保含硼石墨的硼含量指標(biāo)經(jīng)過(guò)復(fù)雜的生產(chǎn)工藝過(guò)程，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求并使其分布均勻。硼含量指標(biāo)檢測(cè)按化學(xué)分析法(GB9255-88)或等離子體發(fā)射光譜法檢測(cè)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。產(chǎn)品驗(yàn)收根據(jù)核安全法規(guī)HAF0403的規(guī)定采取源地驗(yàn)證驗(yàn)收方式。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種含硼石墨。
本發(fā)明的另一目的是提供一種含硼石墨的生產(chǎn)工藝。
本發(fā)明提供的含硼石墨含量及理化性能如下

含硼石墨理化性能參考指標(biāo)

含硼石墨表面質(zhì)量為產(chǎn)品表面不沾有金屬、非金屬和油質(zhì)雜物，產(chǎn)品表面無(wú)氧化皮。
麻面缺陷在不大于1/3長(zhǎng)度范圍內(nèi)允許存在一處。
允許有寬度小于0.1mm，長(zhǎng)度小于40mm裂紋一處。
孔洞缺陷，允許有4mm×4mm×4mm的孔洞(或等體積)三處。
只允許棱邊有5mm×5mm×10mm掉塊一處。
產(chǎn)品端面不允許有裂紋存在。
上述缺陷不能在一塊產(chǎn)品上同時(shí)存在兩種。
表面粗糙度為Ra3.2。
含硼石墨加工形位公差圓柱直線(xiàn)度不大于1mm/1000mm。
垂直度不大于0.08mm。
圓度不大于0.05mm。
兩端面平面度不大于0.06mm。
長(zhǎng)度公差不大于±1mm。
直徑公差不大于±0.3mm。
本發(fā)明是這樣實(shí)施的含硼石墨的生產(chǎn)工藝如下(請(qǐng)參見(jiàn)附圖1)人造石墨粒與中溫瀝青作為本發(fā)明的原料，它們的技術(shù)要求為
人造石墨粒技術(shù)要求為

粘結(jié)劑瀝青采用中溫瀝青，其技術(shù)要求如下

注瀝青必須經(jīng)過(guò)脫水、沉淀除去機(jī)械夾雜物后方可使用。
人造石墨粒經(jīng)破碎、磨粉后各粒級(jí)人造石墨粒度為

干料粒度組成為

將不同粒級(jí)人造石墨粒按干料粒度組成要求進(jìn)行配料，配好的干料投入混捏鍋進(jìn)行干混。干混結(jié)束后按比例加入中溫瀝青(軟化點(diǎn)80-90℃)開(kāi)始濕混。人造石墨粒與中混瀝青的比例為(重量百分比)人造石墨粒(2-0mm)71％±1％，中混瀝青29±1％。
在干混過(guò)程中分次加入碳化硼，碳化硼總添加量為糊料總量的6.1％。干混使碳化硼均勻地分布在人造石墨粒中，通常碳化硼添加結(jié)束后繼續(xù)干混10-15分鐘。
設(shè)定每鍋糊料總量，混捏工藝參數(shù)控制在

混捏結(jié)束后的糊料經(jīng)圓筒式?jīng)隽蠙C(jī)冷卻到指定溫度(料溫度)105-120℃。涼好的糊料分二批加入料缸。
壓型工藝參數(shù)

成型后進(jìn)行焙燒，在裝爐之前對(duì)填充料和爐體設(shè)備進(jìn)行檢查后，進(jìn)行裝爐作業(yè)。填充料為冶金焦，它的粒度為6-0mm，水分≯3％，使用溫度≯60℃。
焙燒點(diǎn)火溫度為350℃，此前為預(yù)熱階段。未點(diǎn)火而爐室溫度超過(guò)指定溫度即350℃時(shí)則不限；如實(shí)際溫度低于指定溫度，則點(diǎn)火后按≯40℃/班升溫，直至追上指定溫度。
升溫過(guò)程中，由于停煤氣、停電等原因使溫度下降，恢復(fù)時(shí)可按該階段三倍速度上升至原來(lái)溫度，由于其他原因升溫未達(dá)到規(guī)定計(jì)劃溫度，可進(jìn)行帶溫升溫，要求為＜1000℃，每班帶溫10℃；＞1000℃，每班帶溫20℃。
冷卻、出爐?；?、揭蓋后，爐室自然冷卻，并逐步抓覆料，以保證出爐時(shí)產(chǎn)品溫度不大于400℃(坯品表面不發(fā)紅)。
產(chǎn)品應(yīng)分層、分料箱放在清理場(chǎng)地進(jìn)行清理，產(chǎn)品表面及端面必須清理干凈。
培燒坯須經(jīng)外形檢查和敲擊判別，并按要求進(jìn)行標(biāo)識(shí)、堆放。
焙燒坯取樣分析焙燒結(jié)束后，對(duì)焙燒坯進(jìn)行取樣分析。
取樣數(shù)量≮2支，如有廢品可選取廢品取樣分析。
取樣位置在取樣坯品的上部、中部、下部分別取樣分析。
理化指標(biāo)體積密度≮1.60g/cm2，硼含量(重量比)≮4％，抗壓強(qiáng)度≮30MPa。
密度、強(qiáng)度達(dá)不到上述指標(biāo)，需進(jìn)行浸漬、二次焙燒處理。
焙燒結(jié)束后進(jìn)行低溫石墨化，爐芯溫度不高于2000℃，終溫不低于1800℃。
石墨化爐料技術(shù)要求

上述爐料裝入石墨化爐通電加熱使?fàn)t溫逐漸上升，爐芯溫度達(dá)到1900℃，爐芯溫度達(dá)到要求為停電標(biāo)準(zhǔn)。冷卻總冷卻時(shí)間為400-500小時(shí)，坯品溫度小于400℃即可出爐進(jìn)行理化性能分析。
經(jīng)分析產(chǎn)品理化性能指標(biāo)為


經(jīng)檢驗(yàn)合格的坯品用機(jī)械加工成一定大小的含硼石墨


圖1含硼石墨的生產(chǎn)工藝圖具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述，但不限制本發(fā)明。
1.確定糊料總重量為1800kg。按此糊料總重量，準(zhǔn)備碳化硼110kg(占糊料總重量的6.1％)。
2.稱(chēng)取人造石墨粒1200kg，干料粒度組成為

裝入混捏機(jī)中，開(kāi)機(jī)進(jìn)行干混。干混過(guò)程中分批添加碳化硼總共110kg。干混時(shí)間為45分鐘。
3.干混結(jié)束后，一次加入中溫瀝青490kg，開(kāi)始濕混，濕混時(shí)間為50分鐘。
4.將濕混結(jié)束后的糊料倒入涼料機(jī)開(kāi)始涼料，糊料溫度達(dá)到105-120℃后結(jié)束涼料。
5.將涼好的糊料加入壓機(jī)料缸。
6.將糊料擠壓成直徑175mm，長(zhǎng)度不等的坯料，稱(chēng)為生坯。
7.將生坯裝如焙燒爐，并采用6-0mm的冶金焦作為填充料，開(kāi)始加熱焙燒。焙燒溫度到達(dá)1250℃后繼續(xù)保溫20小時(shí)后停止加熱。
8.冷卻出爐后的焙燒坯需清理檢查，并取樣分析體積密度、抗壓強(qiáng)度、硼含量。
9.將合格的焙燒坯裝入石墨化爐，開(kāi)始加熱石墨化。石墨化溫度控制在爐芯溫度不超過(guò)2000℃，終溫不低于1800℃。
10.冷卻處爐后的石墨化坯需清理檢查，并取樣按含硼石墨的各項(xiàng)理化性能指標(biāo)進(jìn)行分析檢測(cè)，達(dá)到要求后移交加工工序。
11.按含硼石墨的表面質(zhì)量要求及加工形位公差要求進(jìn)行加工。
12.經(jīng)過(guò)以上各步，獲得合格的含硼石墨。
權(quán)利要求
1.一種石墨以重量百分比計(jì)含有≥4％硼的含硼石墨，并具有如下理化性質(zhì)
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含硼石墨，其特征在于含硼石墨中硼含量(以重量百分比計(jì))為≥4％，它均勻分布在石墨中。
3.如權(quán)利要求1所述的含硼石墨的生產(chǎn)工藝為人造石墨經(jīng)中破碎、磨粉、按干料粒度配料，配好的干料投入混捏進(jìn)行干混并分次加入碳化硼干混后按比例加入中溫瀝青進(jìn)行濕混，濕混后涼料、壓型，壓型后進(jìn)行焙燒，合格焙燒坯進(jìn)行石墨化，石墨化后經(jīng)冷卻機(jī)加工成品。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的生產(chǎn)工藝，其特征在于以百分重量計(jì)人造石墨?！弥袦貫r青＝71％±1％∶29％±1％。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的生產(chǎn)工藝，其特征在于人造石墨粒徑中碎磨粉后各粒級(jí)人造石墨粒度為
干料粒度組成為
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的生產(chǎn)工藝，其特征在于在添加碳化硼時(shí)分次加入與石墨粉進(jìn)行干混。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的含硼石墨，其特征在于粘結(jié)劑瀝青采用中溫瀝青，它的軟化點(diǎn)為
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的含硼石墨生產(chǎn)工藝，其特征在于石墨化時(shí)爐芯溫度小于2000℃，大于1800℃。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種含硼石墨及其制備方法。本發(fā)明采用石墨化焦作為原料分批加入碳化硼干混，加入中溫瀝青濕混，并經(jīng)壓型、焙燒、浸漬、石墨化等多道工藝獲得含有≥4％硼并均勻分布的含硼石墨，經(jīng)分析測(cè)試符合標(biāo)準(zhǔn)。
文檔編號(hào)C04B35/536GK1789201SQ20041009318
公開(kāi)日2006年6月21日 申請(qǐng)日期2004年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月17日
發(fā)明者楊光, 施旭, 凌才賢, 鄧華強(qiáng), 周慧, 劉會(huì)忠 申請(qǐng)人:吉林炭素集團(tuán)上海碳素廠(chǎng)