一种熔盐反应堆用核级等静压石墨的制备工艺的制作方法

本发明涉及石墨制备，具体为一种熔盐反应堆用核级等静压石墨的制备工艺。

背景技术：

1、熔盐反应堆作为第四代核反应堆的堆型之一，在具备经济性、安全性、防核扩散及减少放射性废物等优点的同时，是最具有可持续性的一种堆型。然而，该堆型的特殊性就在于其内部的熔盐（主要由naf、lif、zrf4、thf4和uf4组成）既是燃料又作为冷却剂流动且循环于石墨堆芯与热交换器之间，石墨堆芯构件有被氟类熔盐渗入的风险，会导致石墨内部局部过热，动辄可达1100-1200℃，对石墨的损伤程度可达700℃时的两倍以上，严重影响石墨的稳定性和耐久性。除此之外，裂变产物135xe也有渗入石墨的可能，这会显著增大石墨构件的中子吸收截面、严重降低反应堆的增值比。

2、石墨抗熔盐和135xe渗透能力的高低与其孔隙大小、分布及孔隙率密切相关，而石墨的孔隙大小、分布及孔隙率则与其制造原材料和工艺有关。目前，针对核级石墨的研发大多集中在高温气冷堆方面，专门针对熔盐反应堆开发的核级石墨大多集中在学术层面，制作周期长、成本高，很难实现商用。例如对进口的高性能等静压石墨通过气相沉积法进行镀层处理来抑制熔盐和135xe的渗入，但是该涂层在堆内严苛的环境下随着时间的推移极易出现裂纹甚至脱落，难以实现经济性和长久的稳定性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种熔盐反应堆用核级等静压石墨的制备工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种熔盐反应堆用核级等静压石墨的制备工艺，包括以下步骤：

3、s1、将近球形、粒径小于4μm的mcmbs缓慢加入等静压成型模具中，振实后密封，若采用不同粒径配比的mcmbs则需在装模前用机械方式混合均匀；

4、s2、将填好料的模具放入冷等静压机中，在室温下加压至100mpa，保压10min，出机脱模后得到生坯；

5、s3、将生坯装入不锈钢桶，生坯周围填充黄沙并捣实压紧，将不锈钢桶放入焙烧炉中，在氮气气氛下以20 ℃/h的速率升温到900℃并保温进行焙烧，待自然降温到50℃时出炉，得到等静压焙烧品；

6、s4、将等静压焙烧品装入石墨化炉，在氩气气氛下以100 ℃/h的速率升温至2800℃并保温进行石墨化处理，待自然降温到50℃时出炉，得到成品。

7、优选的，所述s1中成型模具的尺寸为高700mm，长2000mm，宽105mm的实心立方体容器，所述s1中成型模具的内深为500mm，长1800mm，宽800mm。

8、优选的，所述s2中，放入冷等静压机中保压10min中，每隔1.5min将模具旋转翻面一次，在进行四次翻面后进行静置，翻面可以提高内部压制的整体效果，使产品的整体加工更为平均。

9、优选的，所述s2中，室内生坯出机脱模的室内温度要求在15℃～30℃之间，室外生坯初级脱模的环境温度要求在18℃～30℃之间，室内生坯出机脱模的空气湿度要求低于70%，生胚脱模时的周围温度需要维持在15℃～30℃之间，较高或较低的温度都会影响后续的自然冷却时间和生胚内部的效果，控制空气湿度除了影响自然冷却时间的因素，能够防止湿度过高导致室内产生大量蒸汽影响工作环境。

10、优选的，所述s3中，焙烧炉在温度上升到900℃后对生坯原料进行焙烧时每隔10min观察一次，焙烧品在进行自然降温时，每降温100℃进行30s的保温作业，定时观察焙烧状态有利于根据焙烧品状态调节和控制烧纸温度和时间进行细微调整，每降温100℃进行30s保温有利于产品的内部状态稳定，防止产品在急速降温的过程中发生内外结构变化，导致等静压石墨在完全冷却后结构断裂的问题。

11、优选的，所述s4中，进行石墨化处理后自然降温时，每降低100℃进行45s的保温作业，自然降温时应保证生产车间内粉尘浓度在5mg/m以下，空气湿度要求在50％以下，空气中的杂质粉尘会在等静压石墨自然冷却过程中附着在其表面，影响后续加工的时间，在生胚进行石墨化处理后会比焙烧时达到更高的温度，所以要求室内湿度保持在焙烧冷却时更低的标准。

12、优选的，所述s4中，自然冷却到50℃后进行成品制备，具体步骤如下：

13、s5、将等静压石墨在石墨切割机中进行锯切，石墨原料切割成高200mm，长500mm宽250mm的立方体形状，长宽高留有10mm～20mm余量，留有余量能够方便后续处理时的微量调整；

14、s6、将锯切完成的原料放入橡胶包装中进行包装，并进行排气后真空密封，然后堆叠静置观察，堆叠层数最高为35层，排气真空密封能够防止等静压石墨长时间与空气接触加速表面氧化，堆叠较高层数时会对底部石墨产生更高的压力，存在结构损坏的风险；

15、s7、静置1-1.5h后将等静压石墨置入仓库存放，仓库内存放温度维持在10℃～25℃之间，存放空气湿度维持在50%以下，等静压石墨的存放环境同样具有一定的要求，存放温度维持在10℃～25℃之间能够使石墨的元素稳定在最佳状态，存放空气湿度维持在50%以下能够保证等静压石墨长时间保存不受潮。

16、优选的，所述s3中，黄沙包裹生坯的高度在300mm～500mm之间，使用黄沙中杂质占比在3%以下，黄沙中的杂质会影响生胚在焙烧过程中的实际效果，所以黄沙中的杂质含量具有严格控制。

17、优选的，所述s6中，静置观察时每隔20min进行一次翻面，并对表面进行敲击测试，敲击面积控制在50mm²～150mm²之间，敲击力度控制在20pa～50pa之间，静置观察时翻面有助于质检和冷却均匀，敲击测试能够对。

18、优选的，所述该等静压石墨的表观密度为1.9g/cm3，抗压强度为232 mpa，抗折强度为93.6mpa，孔隙率为8.7%，平均孔径为0.069μm，650℃、10atm下的熔盐渗透率为0.006%，135xe扩散系数为2.60×10-6 cm2/s。

19、与现有技术相比，本发明提供了一种熔盐反应堆用核级等静压石墨的制备工艺，具备以下有益效果：

20、1、该熔盐反应堆用核级等静压石墨的制备工艺相较于经过多次浸渍-焙烧循环之后，再加以化学气相沉积镀层来制备专用于熔盐反应堆的核级石墨的方法，该发明工艺在进行原料混合均匀后，直接置入冷等静压机中进行加压制成，再放入不锈钢桶中加入黄沙压紧焙烧进行自然冷却，最后装入石墨化炉中处理自然冷却后即可得到核级等静压石墨成品，时间上比传统制备工艺减少了25%，成本上减少了20%，并且能够达到更高的成品质量，该发明工艺流程更简单，周期更短，能耗、成本更低。

21、2、该熔盐反应堆用核级等静压石墨的制备工艺相较于带有抗渗涂层的石墨，该发明制备工艺在制备中进行细节优化，减少生产环境对产品产生的不良影响，在生产中严格执行生产制备规范和步骤，对生产环境中的空气湿度和粉尘浓度同样有着严格的要求，力求产品的出品稳定，该发明制备的产品在熔盐反应堆内严苛的使用环境下更稳定，在使用过程中不存在涂层开裂甚至脱落等不稳定因素，可供长期使用。

22、3、该熔盐反应堆用核级等静压石墨的制备工艺的产品在拥有优异的抗氟类熔盐和135xe能力的同时，还拥有232mpa的高抗压强度，93.6mpa的高抗折强度，1.9g/cm3的高密度，对比同类型的核级等静压石墨具有更加全面的属性，在抗压强度和抗折强度上比同类型产品高出三倍以上，能够轻松应对核试验等高精技术领域使用需要，具有更高的稳定性和耐久性

23、4、该熔盐反应堆用核级等静压石墨的制备工艺在进行制备后具有更加优秀的后续处理步骤，原料被均匀切割为相等大小后会经过排气真空密封处理，防止等静压石墨长时间与空气接触加速表面氧化，静置过程中进行敲击测试，减少断裂或内部结构不够紧密的情况，对于等静压石墨的存储环境也具有较高的要求，保证产品的使用稳定性。