專利名稱：含有細(xì)晶體鈾箔的制造方法及其制造裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及一種使用冷卻輥從熔體中快速固化含有細(xì)晶體顆粒的鈾箔的制造方法和制造裝置。更詳細(xì)地說，本發(fā)明涉及低或高濃縮鈾和鈾合金箔，其制造裝置和制造方法，其中鈾(U)和鈾合金[U-(A)Q-(B)X-(C)Y(QAl、Fe、Ni、Si、Cr、Zr元素，XAl、Fe、Ni、Si、Cr、Zr元素，YAl、Fe、Ni、Si、Cr、Zr元素，Q≠X≠Y，(A)≤1％(重量)，(B)≤1％(重量)，(C)≤1％(重量))]箔是從熔體中直接鑄造得到，不通過真空感應(yīng)熔煉和鑄造、鑄錠切割、熱軋和熱處理加工，而是通過雙輥鑄造加工。
一般地，鈾箔的常規(guī)制造方法有如下不利的復(fù)雜過程經(jīng)過將鈾或鈾合金保存在大約1300℃的真空感應(yīng)爐子中后，將其進(jìn)行鑄造；切割所得的桿狀鑄錠成適合的尺寸以便在600℃或更高溫度下熱軋；通過多次壓煉，厚的鑄錠逐漸變薄制造成為100-200μm厚的鈾箔；最后在800℃下熱處理并淬火制得的鈾箔以獲得要求達(dá)到的尺寸和取向。
因為鈾是活性物質(zhì)，在常規(guī)的方法中必須在真空或惰性氣體中加熱和壓煉，通過多次重復(fù)熱軋來獲得適合厚度的鈾箔。由于熱軋方法花費長的時間，生產(chǎn)率較低。在熱處理后必須進(jìn)行洗滌/干燥處理以除去表面的雜質(zhì)。為了獲得在輻射中具有更穩(wěn)定性能的細(xì)晶體結(jié)構(gòu)，必須進(jìn)行熱處理和淬火。鈾或鈾合金的高硬度和低延性使它難以滾壓成為箔。在加工中由于剩余的應(yīng)力，使箔易于裂開導(dǎo)致低收率。由于比常規(guī)方法有更高的生產(chǎn)率和收率，因此認(rèn)為本發(fā)明提高了生產(chǎn)鈾箔的效益。
與此同時，由熱軋產(chǎn)生的具有過多剩余應(yīng)力的鈾箔在熱循環(huán)和輻射中會變形或毀壞。另外，在熱循環(huán)中，這些變形區(qū)域或產(chǎn)生的裂縫可作為穿透途徑，通過該穿透途徑能使鈾和涂層(如Al或Ni，作為防止鈾和在輻射沖擊板中的固定管之間的反應(yīng)的保護(hù)劑)之間發(fā)生互擴(kuò)散反應(yīng)。
本發(fā)明目的是減輕以上描述的問題。使鈾熔體通過雙輥鑄造制造低或高濃縮鈾和鈾合金箔，無需熱軋加工和熱處理加工?？深A(yù)期，由于工藝的簡化提高了生產(chǎn)率和加工效益以及由于在箔上沒有任何剩余應(yīng)力而得到較好的質(zhì)量。
因此，通過提供由雙輥鑄造快速固化的鈾箔，以及制造所述鈾箔的裝置及方法可實現(xiàn)本發(fā)明的上述目標(biāo)。
更具體地將，通過提供制造所述鈾箔的裝置和方法能實現(xiàn)本發(fā)明，其中稱量低或高濃縮鈾和摻雜元素材料，然后裝進(jìn)一個裝備有開槽的耐火材料槽的耐熱坩堝中。將所述坩堝放在能通過真空泵系統(tǒng)維持在10-3托或更高真空度的真空室內(nèi)部。然后，通過高頻率電功率熔融所述鈾和摻雜元素。將合金熔體進(jìn)料通過槽到達(dá)兩邊有擋板和兩個用電動馬達(dá)驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)輥筒處，通過用冷卻輥擠壓部分固化的熔體形成了薄箔。用提供的惰性冷氣體對生產(chǎn)的箔進(jìn)行進(jìn)一步的冷卻。
由以下參照附圖的詳細(xì)描述，將會更加清晰地理解本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點，其中

圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明用以制造鈾箔的裝置的構(gòu)造的示意圖。
參考圖1，那是根據(jù)本發(fā)明用雙輥制造鈾箔的裝置。
本發(fā)明的裝置包括耐熱坩堝(2)，有開槽的耐火材料槽(1)，連接到高頻發(fā)生裝置(沒顯示)以提高坩堝(2)的溫度的感應(yīng)線圈(3)，用以對室(4)抽真空以達(dá)到適合的真空度的真空泵系統(tǒng)(5)，安裝在室(4)內(nèi)的輥筒(6)，用以防止鈾熔體從坩堝流出后溫度迅速降低和引導(dǎo)鈾熔體進(jìn)入輥筒(6)的具有電阻加熱器(沒顯示)的側(cè)擋板，用以提供冷氣進(jìn)入室(4)內(nèi)的進(jìn)氣閥(7)，和用來收集制造的箔的回收箱(8)。
將鈾和摻雜元素裝入安裝在室(4)上部的耐熱坩堝(2)的較低部分。在所述坩堝中還裝有塞子(9)。通過高頻率發(fā)生裝置，安裝在耐熱坩堝(2)周圍的感應(yīng)線圈(3)將裝入的物質(zhì)過熱至比熔融溫度高出約200℃。
真空泵系統(tǒng)(5)可以對室(4)抽真空至10-3托或更高的適合真空度，所述真空泵系統(tǒng)連接到室(4)的一側(cè)面上。
輥筒(6)和開槽(1)一樣安裝在室(4)的腰面上。同時，通過電動馬達(dá)(沒顯示)操作所述輥筒使合金熔體澆注通過開槽(1)制造鈾箔。所述預(yù)熱側(cè)擋板(沒顯示)防止鈾熔體從坩堝流出后溫度迅速降低和引導(dǎo)鈾熔體到輥筒(6)。
所述合金熔體進(jìn)料通過開槽(1)，通過用電動馬達(dá)驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)輥筒制造成為鈾箔，所得的箔在氬或氦冷卻氣體下快速冷卻。
連接到室(4)的進(jìn)氣閥(7)進(jìn)料惰性氬或氦冷卻氣體到室(4)內(nèi)以快速冷卻通過冷卻輥(6)制造的鈾箔。
通過進(jìn)氣閥(7)流進(jìn)室(4)的惰性氬或氦冷卻氣體通過安裝在室(4)上部的氣體噴嘴噴射到室(4)中。
在室(4)底部的回收箱(8)收集在室(4)中制造的薄箔(10)。
根據(jù)以下的實施例可獲得對本發(fā)明更好的理解，以下實施例的闡述是為了說明，而不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限定。
實施例1為了制造低或高濃縮鈾箔，把鈾材料裝入具有開槽(1)的耐熱坩堝(2)中。把坩堝(2)和絕緣材料(沒顯示)按適當(dāng)次序裝配在制造裝置中。
然后，通過真空泵系統(tǒng)(5)把裝置中裝備有坩堝(2)的鋼室抽真空到10-3托或更高。
操作高頻發(fā)生器(3)使所述坩堝中所裝物質(zhì)過熱至比鈾的熔融溫度高出約200℃。
當(dāng)用電動馬達(dá)驅(qū)動的輥筒(6)的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在約300rpm時，把放在坩堝(2)中的塞子(9)向上舉起，排出合金熔體。
流出的合金熔體通過1mm寬的開槽(1)，然后進(jìn)到已預(yù)熱的側(cè)擋板(沒顯示)中間和轉(zhuǎn)速為約300rpm的輥筒(6)處以形成薄箔(10)。
然后，操作進(jìn)氣閥(7)以提供給室(4)惰性冷氣體，這樣通過輥筒(6)制造的箔(10)被快速固化(速度大于103℃/s)。
因為通過這種快速固化作用直接得到含有細(xì)和無規(guī)取向的晶體的鈾箔，不需要對所述箔進(jìn)行熱處理和從約800℃淬火形成細(xì)晶體。把所述鈾箔收集在安裝在室(4)底部的回收箱(8)中。
在回收箱(8)中的箔大約有125μm厚，回收到約90％收率的具有可接受厚度的箔。
將按前面的描述制備的一片鈾箔和其它組分裝配一起制作輻射沖擊板，以便裝入反應(yīng)器中產(chǎn)生裂變同位素99Mo(為99mTc的唯一母體核素)，99Mo是極其有用的醫(yī)療診斷工具。
實施例2該發(fā)明應(yīng)用于作為輻射沖擊板的低或高濃縮鈾[U-(A)Q-(B)X-(C)Y(C)Y(QAl、Fe、Ni、Si、Cr、Zr元素，XAl、Fe、Ni、Si、Cr、Zr元素，YAl、Fe、Ni、Si、Cr、Zr元素，Q≠X≠Y，(A)≤1％(重量)，(B)≤1％(重量)，(C)≤1％(重量))]箔的鈾合金。
為了制造U-500ppm Fe-1200ppm Al-500ppm Ni合金箔，根據(jù)要求的合金組成，適當(dāng)?shù)胤Q量鈾和包括Fe、Al和Ni的摻雜元素，并裝在所述坩堝中。使用在制造鈾箔的過程中描述的真空泵系統(tǒng)(5)將所述鋼室(4)抽真空到10-3托或更高。
同樣的，當(dāng)把坩堝(2)和絕緣材料(沒顯示)按適當(dāng)?shù)捻樞虬惭b在所述裝置中時，操作高頻發(fā)生器(3)使所述坩堝中所裝的物質(zhì)過熱至比鈾合金的熔融溫度高出約200℃。
當(dāng)通過電動馬達(dá)驅(qū)動的輥筒(6)的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在約300rpm時，把放在坩堝(2)中的塞子(9)向上舉起，排出合金熔體。
使流出的合金熔體通過1.2mm寬的開槽(1)，然后進(jìn)到已預(yù)熱的側(cè)擋板(沒顯示)中間和約300rpm高速旋轉(zhuǎn)的輥筒(6)處以形成薄箔(10)。
然后，操作進(jìn)氣閥(7)將惰性冷氣體注射入室(4)內(nèi)，由此通過輥筒(6)制造的箔(10)被快速固化(103℃/s或更快)。
因為通過這種快速固化作用直接獲得含有細(xì)和無規(guī)取向晶體的鈾合金箔，不需要對所述經(jīng)過熱軋的箔進(jìn)行熱處理和從約800℃淬火形成細(xì)晶體。把所述鈾合金箔收集在安裝在室(4)底部的回收箱(8)中。
在回收箱(8)中的箔大約有150μm厚，回收到約90％收率的具有可接受厚度的箔。
將按前面的描述制備一片鈾箔和其它組分裝配在一起制作輻射沖擊板，以便裝入反應(yīng)器中產(chǎn)生裂變同位素99Mo(為99mTc的唯一母體核素)，99Mo是極其有用的醫(yī)療診斷工具。
常規(guī)的制造方法包括真空感應(yīng)熔煉加工、重復(fù)熱軋加工、除去雜質(zhì)(如表面氧化物)的洗滌/干燥加工和為了獲得各向同性的細(xì)晶體的熱處理加工，因此與常規(guī)的制造方法比較，本發(fā)明大大簡化了鈾合金箔的制造工藝。
因為將所述鈾或鈾合金熔體快速冷卻直接制造鈾箔，所以可容易地制造由于它的高韌性難以壓煉的鈾或鈾合金。
長期以來，為了調(diào)整鈾鑄錠的厚度，必需進(jìn)行重復(fù)的麻煩的常規(guī)熱雜加工。相反，使用本發(fā)明，在幾分鐘內(nèi)能立即鑄造所述合金熔體以制造大量的箔，因此具有高的生產(chǎn)率。
另外，因為所述鈾缺乏延性，由于在熱軋過程中產(chǎn)生的誘導(dǎo)應(yīng)力，鈾箔可能會被毀壞或裂開，這導(dǎo)致低收率和降低經(jīng)濟(jì)效益。
然而，通過本發(fā)明快速固化的箔制造方法具有90％或更高的收率，通過本發(fā)明的方法，在幾分鐘內(nèi)能直接制造出幾千克的箔。所述箔制造方法，使用預(yù)熱側(cè)擋板和冷卻輥筒有利于控制箔的寬度。因此，鈾的收率非常高并且由于濃縮鈾很昂貴，其經(jīng)濟(jì)利潤也很令人滿意。
此外，用雙輥筒制造的箔比通過對鈾板重復(fù)熱軋得到的箔具有較小的應(yīng)力。因此，能防止通過熱循環(huán)產(chǎn)生的箔在所述輻射加工中變形或裂開。變形區(qū)域或裂縫中的缺陷能作為在沖擊板的涂層中的元素的穿透路徑。在涂層和沖擊板間的相互作用將通過缺陷或裂縫增強(qiáng)。然而，通過本發(fā)明制造的箔沒有這樣的路徑。
一般地，鈾箔在反應(yīng)器中的輻射期間經(jīng)歷了大量的各向異性成長，然而，本發(fā)明的鈾箔具有無規(guī)取向的均相和精細(xì)的晶粒，如此可防止在輻射中所述鈾箔過分成長。
已經(jīng)通過舉例說明對本發(fā)明進(jìn)行了描述，應(yīng)理解所用的術(shù)語是為了說明而非限定。根據(jù)上述技術(shù)可以對本發(fā)明作出許多修改和變體。因此，應(yīng)理解在附加的權(quán)利要求的范圍內(nèi)，可以在具體描述的范圍外實施本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種直接使用冷卻輥快速固化鈾或鈾合金熔體制造含有細(xì)的無規(guī)取向晶體的鈾箔的制造方法，其中所述鈾合金是U-(A)Q-(B)X-(C)Y，其中Q選自Al、Fe、Ni、Si、Cr和Zr元素，X選自Al、Fe、Ni、Si、Cr和Zr元素，和Y選自Al、Fe、Ni、Si、Cr和Zr元素，并且Q≠X≠Y，(A)≤1％(重量)，(B)≤1％(重量)，(C)≤1％(重量)。
2.用于通過使用冷卻輥快速固化鈾或鈾合金熔體制造含有細(xì)的無規(guī)取向晶體的鈾箔的裝置，包括裝配有開槽(1)的耐火材料槽的耐熱坩堝(2)，連接到高頻發(fā)生裝置(沒顯示)用以加熱坩堝(2)的感應(yīng)線圈(3)，用以在室(4)內(nèi)獲得適合真空度的真空泵系統(tǒng)(5)，安裝在室(4)內(nèi)的輥筒(6)和側(cè)擋板(沒顯示)，用以將氣體進(jìn)料至室(4)內(nèi)的進(jìn)氣閥(7)，和用來收集所制造的箔的回收箱(8)。
全文摘要
本發(fā)明涉及低或高濃縮鈾和鈾合金箔的制造方法及其制造裝置。鈾(U)和鈾合金箔是由熔體直接得到,不通過真空感應(yīng)熔煉和鑄造、鑄錠切割、熱軋和熱處理加工,而是通過熔融旋壓或雙輥鑄造加工得到。已得到的主要優(yōu)點如下:1)不必?zé)彳埣庸ず蜔崽幚砑庸さ暮唵畏椒?2)在箔制造中提高產(chǎn)率和改善生產(chǎn)成本;3)高純度和高質(zhì)量的箔。
文檔編號C22C43/00GK1350896SQ0112089
公開日2002年5月29日 申請日期2001年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月31日
發(fā)明者金昌圭, 金淇煥, 吳石鎮(zhèn), 張世正, 金應(yīng)秀 申請人:韓國原子力研究所, 韓國電力公司