Способ изготовления изделий цилиндрической формы из порошка карбида бора методом горячего прессования

 

Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано для изготовления вкладышей из карбида бора для работы в качестве поглотителей нейтронов в стержнях СУЗ атомных реакторов, например в реакторах БОР-60 и БН-600. Способ заключается в том, что прессование осуществляют в две стадии: предварительное прессование проводят при температуре не выше 2000oC в пресс-форме с величиной внутреннего диаметра на 3-4% меньше требуемого диаметра изделия, окончательное прессование проводят в пресс-форме с внутренним диаметром на 1-2% меньше требуемого диаметра изделия при температуре до 2200oC, при этом выпрессовку изделий из пресс-форм проводят при температуре 700oC. Способ позволяет увеличить срок службы графитовых пресс-форм и получить изделия с размерами и формой, не требующими последующего шлифования.

Изобретение относится к области порошковой металлургии и может использоваться для изготовления вкладышей из карбида бора для работы в качестве поглотителей нейтронов в стержнях СУЗ атомных реакторов, например в реакторах БОР-60 и БН-600.

Для приготовления изделий из порошка карбида бора метод обычного плавления, сопровождающийся разложением карбида, неприменим. Трудно также использовать для получения плотных изделий обычное спекание брикетов, спрессованных из порошка карбида бора, в связи с его малой пластичностью и большим сопротивлением скольжению на границах зерен вплоть до температур, близких к точке плавления, в сочетании с малым поверхностным натяжением в твердом состоянии.

Именно в связи с малой пластичностью карбида бора, спекание осуществляется методом горячего прессования, т.е. нагреванием под давлением, превосходящим критические напряжения при температурах, относительно близких к температуре плавления, по крайней мере выше 2000oC.

Известны методы горячего прессования из порошка карбида бора (И.Т. Остапенко и др. Уплотнение порошка карбида бора при горячем прессовании. - Порошковая металлургия, 1979, N 5, с. 38 - 43. И.А. Байрамашвили и др. Исследования структуры и некоторых свойств высокочистого карбида бора. - В сб. Бор: получение, структура и свойства. - М.: Наука, 1974, с. 177-180).

Сущность данных методов заключается в следующем. Порошок карбида бора засыпается в графитовую пресс-форму, которая устанавливается в установку горячего прессования. Процесс проводят в вакууме при температуре 1800 - 2200oC и давлении 225 - 350 кг/см2. После охлаждения пресс-форму извлекают из установки и выпрессовывают спеченное изделие.

Известные методы горячего прессования изделий из порошка карбида бора имеют следующие недостатки: - высокие температуры (до 2200oC) и давления прессования (до 350 кг/см2) приводят к быстрому выходу из строя и разрушению дорогостоящих графитовых пресс-форм как непосредственно в процессе прессования, так и при извлечении изделия из пресс-формы после прессования; в основном пресс-формы выдерживают максимум 2 прессовки; - в процессе прессования графитовые пресс-формы изменяют свои размеры (увеличивается неравномерно по высоте внутренний диаметр пресс-форм), что требует дополнительного шлифования алмазными кругами образующих поверхностей изделия до необходимых геометрических размеров и формы с безвозвратными потерями (до 30%) дорогостоящего материала - карбида бора.

Целью изобретения является: - увеличение срока службы графитовых пресс-форм; - максимальное уменьшение количества изделий, требующих шлифования образующихся поверхностей после прессования; - сокращение или полное исключение безвозвратных потерь карбида бора при шлифовании за счет минимального изменения геометрических размеров пресс-формы после прессования.

Поставленная цель достигается тем, что процесс прессования проводят не за один цикл, а последовательно, в две стадии. Причем предварительное прессование проводят в пресс-формах с внутренним диаметром, размер которого на 3 - 4% меньше требуемого диаметра изделия при температуре до 2000oC, а окончательное прессование проводят в пресс-формах с внутренним диаметром, размер которого на 1 - 2% меньше требуемого диаметра готового изделия при температуре до 2200oC, при этом выпрессовку изделий из пресс-форм в обоих случаях проводят при температуре 700o.

Установка, в которой реализуется предлагаемый способ, состоит из вакуумной камеры и прессового механизма. В вакуумной камере находится графитовая пресс-форма с пуансоном, которая предназначена для механического обжатия порошка карбида бора с одновременным нагревом до 2200oC. Нагрев пресс-формы происходит с помощью графитового нагревателя прямым пропусканием электрического тока. Прессовый механизм предназначен для создания усилия прессования в процессе спекания.

Метод изготовления изделия из карбида бора заключается в следующем. Необходимое количество порошка бора засыпается в графитовую пресс-форму, внутренний диаметр которой на 3 - 4% меньше требуемого диаметра изделия. Пресс-форма устанавливается в установку, герметизируется, после чего производится вакуумирование камеры до остаточного давления 1,3310-3 Па. После этого производится нагрев пресс-формы до 2000oC. Затем с помощью прессового механизма через подвижной графитовый пуансон создается давление на порошок до 300 кг/см2. Производится предварительное спекание изделия в течение заданного времени. После охлаждения пресс-форма извлекается из установки, и в специальном устройстве, оснащенном печью сопротивления и винтовым механизмом, изделие извлекается из пресс-формы при температуре 700oC.

Для окончательного прессования ранее спеченного изделия используют пресс-форму, внутренний диаметр которой на 1 - 2% меньше требуемого диаметра готового изделия. В этом случае процесс проводят при температуре до 2200oC при том же усилии прессования. Извлекают изделие из пресс-формы также при температуре 700oC.

Предлагаемый способ был испытан при изготовлении вкладышей из карбида бора (с размерами 10,8 см; H=5-30) для стержней СУЗ реактора БОР-60. Предварительное прессование проводили в пресс-формах с внутренним диаметром 10,4 мм. Спеченные изделия имели диаметр 10,5 - 10,6 мм и высоту до 25 мм. После окончательного прессования в пресс-формах с внутренним диаметром 10,6 мм 160 вкладышей из 200 шт. имели диаметр 10,7 - 10,8 мм, что соответствовало требованиям конструкторской документации. Высота вкладышей была до 20 мм.

Предлагаемый способ был испытан также при изготовлении вкладышей из карбида бора для стержней СУЗ реактора БН-600. Предварительное прессование проводили в пресс-формах с внутренним диаметром 19,2 мм. Спеченные изделия имели диаметр 19,3 - 19,4 мм и высоту до 30 мм. После окончательного прессования в пресс-формах с внутренним диаметром 19,4 мм 100 вкладышей из 300 шт. имели необходимый диаметр готового изделия 19,5 - 19,6 мм. Высота вкладышей была до 25 мм.

В обоих случаях плотность изделия после предварительного прессования составляла 1,7 - 1,8 г/см3, а после окончательного прессования 2,1 - 2,3 г/см3, что также соответствовало требованиям. Режимы прессования были аналогичны приведенным выше.

Все вкладыши подвергали шлифованию по торцам изделия. Необходимая шлифовка 240 вкладышей из 500 шт. по образующей поверхности была выполнена с минимальными потерями материала изделий - карбида бора. Безвозвратные потери карбида бора составили не более 5%, тогда как при применении аналогичных известных способов потери карбида бора составляют до 30%.

Кроме того, применение предлагаемого способа позволило увеличить ресурс работы графитовых пресс-форм в 3 - 5 раз по сравнению со способом горячего прессования, когда весь процесс происходит в пресс-формах одного размера за 1 цикл, без предварительного прессования. При этом время, затраченное на весь процесс изготовления изделия, начиная от засыпки порошка и до получения готового изделия, было одинаковым.

Формула изобретения

Способ изготовления изделий цилиндрической формы из порошка карбида бора методом горячего прессования в графитовых пресс-формах в вакууме при температуре 1800 - 2200oС и давлении 225 - 300 кг/см2, отличающийся тем, что прессование проводят последовательно в две стадии - предварительно и окончательно, причем предварительное прессование проводят при температуре не выше 2000oС в пресс-форме с величиной внутреннего диаметра на 3 - 4% меньше требуемого диаметра изделия, окончательное прессование проводят в пресс-форме с внутренним диаметром на 1 - 2% меньше требуемого диаметра изделия при температуре до 2200oС.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к рентгенотехнике и касается материалов для защиты от рентгеновского излучения
Изобретение относится к рентгенотехнике и касается материалов для защиты от рентгеновского излучения

Изобретение относится к рентгенотехнике и касается материалов с повышенными свойствами к поглощению рентгеновских лучей

Изобретение относится к ядерной технологии и может быть использовано для изготовления тепловыделяющих элементов ядерных реакторов

Изобретение относится к области управления внутриреакторными процессами, касается, в частности, регулирования глубины выгорания ядерного топлива и может быть использовано при эксплуатации действующих канальных реакторов

Изобретение относится к атомной технике и может быть использовано в тепловыделяющих элементах ядерных реакторов на тепловых нейтронах, имеющих защитное покрытие между оболочкой и топливным столбом, содержащее материал, выполняющий функцию выгорающего поглотителя
Изобретение относится к ядерной энергетике, а именно к уран-графитовым ядерным реакторам, и может быть использовано, в частности, при эксплуатации реакторов РБМК

Изобретение относится к области порошковой металлургии и может быть использовано для получения особо твердых, износостойких, с высокой прочностью керамических материалов, используемых в качестве элементов бронезащиты, средств индивидуальной защиты от стрелкового оружия, для изготовления пескоструйных аппаратов, работающих в условиях интенсивного абразивного изнашивания, для защиты от нейтронного излучения в стенке атомного реактора и др

Изобретение относится к области порошковой металлургии и может быть использовано для получения особо твердых и износостойких материалов, используемых в качестве элементов бронезащиты и индивидуальной защиты от стрелкового оружия, для изготовления сопл пескоструйных аппаратов, работающих в условиях интенсивного абразивного изнашивания и др

Изобретение относится к неорганическим материалам и может быть использовано в огнеупорной промышленности, металлургии, двигателестроении, энергетике, в частности, для изделий, работающих при высоких температурах и нагрузках на воздухе или в контакте с агрессивными средами, а также при ударных нагрузках

Изобретение относится к способам получения керамических антифрикционных изделий, используемых для изготовления подшипников скольжения, способных работать на воздухе без смазки в паре со сталью или керамикой, а также втулок, толкателей, пальцев и т.д

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к изготовлению пористых сложных изделий, предназначенных для фильтрации и разделения многокомпонентных жидких и газообразных сред
Наверх