DE2643444C2 - Verfahren zur Herstellung eines Neutronen abschirmenden Werkstoffs - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines Neutronen abschirmenden Werkstoffs

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DE2643444C2 DE19762643444 DE2643444A DE2643444C2 DE 2643444 C2 DE2643444 C2 DE 2643444C2 DE 19762643444 DE19762643444 DE 19762643444 DE 2643444 A DE2643444 A DE 2643444A DE 2643444 C2 DE2643444 C2 DE 2643444C2
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Description

a) Einfüllen eines gleichmäßigen Gemisches aus Borverbindungs- und Metallpulver in einen rechteckigen, an einer Seite offenen und an den restlichen Kanten verschweißten Metallkasten,
b) Einrütteln oder Verdichten des Pulvergemisches in dem Metallkasten,
c) Verschweißen der offenen Seite des Metallkastens mit einer Metallplatte,
d) Aufwärmen des verschweißten Metallkastens auf425bis455°C,
e) Warmwalzen bis die gewünschte Stärke des Abschirmwerkstoffs erreicht ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der verschweißte Metallkasten mit Öffnungen für den Luftaustritt Versehen wird, die gegebenenfalls bis zum Abwälzen durch Nieten verschlossen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Neutronen abfangendes Material Borcarbid verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Metallpulver Aluminium oder Magnesium verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallkasten aus einem Aluminiumwerkstoff hergestellt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallkasten aus Aluminiumblechen mit einer Stärke von zumindest 12,7 mm hergestellt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf nicht mehr als V30 der Anfangsstärke abgewalzt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bis auf eine Stärke der Aluminiumbleche von nicht unter 0,25 mm gewalzt wird.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Neutronen abschirmenden Werkstoffs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie er aus der Druckschrift Kerntechnik 3 (1961), Seite 271 bis 273 bekannt ist.
Der Neutronen abschirmende Werkstoff hat die Form eines dünnen starren Sandwichs oder Verbundmatenals mit Außenlagen vorzugsweise aus Aluminium und einem massiven Kern aus einem gleichmäßigen Gemisch von Metallteilchen und einem Neutronen absorbierenden oder cinfangenden Material, vorzugsweise Borcarbid B4C.
Beim bekannten Verfahren (Kerntechnik 3 (1961), Seite 271 bis 273) wird Borcarbid und Aluminiumpulver gleichmäßig gemischt und mittels einer Presse in die gewünschte rechteckige Form gebracht. Dieser Kern wird in einen Aluminiumkasten eingeschweißt und bei etwa 500° C warmgewalzt Die Dicke der Deckbleche ist so bemessen, daß sich nach dem Walzen das gewünschte Verhältnis zwischen Kern und Plattierung ergibt. Auf das Warmwalzen folgt das Kaltwalzen und schließlich das Richten der Bleche in der Richtmaschine.
Ein Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß es art>eits- und energieintensiv ist, das Pulvergemisch in
ίο einen selbsttragenden Formkörper zu verpressen. Weiterhin ist es aufwendig, den Formkörper ohne verbleibende Hohlräume in einen Metallkasten einzuschweißen.
Ein älteres und ebenfalls aufwendiges Verfahren ist aus der US-PS 27 27 996 bekannt. Danach wird ein Metall, z. B. Aluminium, geschmolzen und dann das Neutronen abfangende Material, vorzugsweise Borcarbid, in die Schmelze eingebracht und darin gleichmäßig verteilt Diese wird dann abgekühlt, eine Metallumhüllüng aufgebracht und auf die gewünschte Materialstärke gewalzt
Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein gegenüber dem Stand der Technik einfacheres und weniger energieaufwendiges Herstellungsverfahren zu finden.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Bei dem Verfahren wird ein rechteckiger Kasten aus Metall, vorzugsweise Aluminiumblech, an einer Seite offen gelassen, während die anderen Kanten geschweißt sind. Ein Gemisch aus Neutronen abfangendem Borcarbid und Metallpulver, vorzugsweise Aluminium, wird unter möglichst vollständiger Gleichmäßigkeit in den Kasten eingefüllt. Um Hohlräume zu vermeiden, wird der Kasten seitlich mit z. B. einem Hammer angeschlagen, um das Pulvergemisch einzurüttcln. Der Kasten muß vollständig mit Pulvergemisch gefüllt sein. Dann wird die Platte auf den offenen Teil aufgesetzt und am Umfang angeschweißt. Um das Entweichen der Luft aus dem Kasten zu gestatten, werden an einem oder beMen Enden öffnungen vorgesehen.
Der Kasten wird nun auf eine Temperatur unter dem Schmelzpunkt des Metallpulvers, nämlich auf 425 bis 455°C, gebracht und anschließend auf die gewünschte Materialstärke abgewalzt Durch das Warmwalzen werden die Teilchen des Metalls und Borcarbids metallurgisch gebunden oder gesintert, so daß das Material bei seiner Anwendung seine Eigenschaften beibehält.
In der Figur ist der Kasten vor dem Abwälzen gezeigt. Der anfänglich an einer Seite offene Kasten ist mit 10 bezeichnet. Es können Kästen unterschiedlicher Größe verwendet werden und das Abwälzen kann auf verschiedene Materialstärke stattfinden. So kann man beispielsweise einen Kasten mit Außenmaßen von 102 · 483 · 940 mm zusammenschweißen aus zwei Platten 12 (12,7 · 483 · 940 mm), zwei Seitenstreifen 14 (12,7 · 76,2 · 940 mm) und zwei Streifen 16 (12,7 ' 76,2 · 457 mm). Für einwandfreie Verschweißung sollten die Kanten glatt sein, so daß die Platten aus größeren Blechen geschnitten werden sollen.
Es wird dann der Kasten zusammengeschweißl und nur eine öffnung von 76,2 · 457 mm freigelassen. Für das Schweißen ist es erforderlich, daß alic Flächen blank und sauber sind.
Die Verschweißung erfolgt bei ununterbrochenem, sauberern, ebenem Fließen. Schweißfehler werden nicht zugelassen, da diese eine strukturelle Schwächung des Kastens bewirken würden und es möglicherweise zu
einem Aufbrechen beim Walzen kommt
Nun wird die Füllung für den Kasten hergestellt Das Neutronen abfangende Material ist vorzugsweise Borcarbidpulver oder -korn mit einer Teilchengröße von 74 μηι bis 0,84 mm und das Metallpulver ist z. B. Alumi- s nium. In der Praxis werden Abschirmmaterialien unterschiedlichen Wirkungsgrades mit verschiedenen Anteilen von Neutronen einfangendem Material und Metallpulver hergestellt, z. B. mit 35 oder 50 VoL-0Zb Neutronen abfangendem Material.
Das Pulvergemisch muß vollständig gleichmäßig sein, so daß man die beiden Materialien erst vormischen sollte. Daü Gemisch wird dann mit einer Schaufel in den Kasten gefüllt und etwas eingerütteit oder verdichtet, wozu innan zweckmäßigerweise die Seiten mit einem Hammer anschlägt oder den Kasten auf einem Rütteltisch vibriert Schließlich wird der offene Teil des Kastens mit der bereitgestellten Metallplatte abgedeckt und diclht verschweißt
Nun werden öffnungen 18 an den Stirnseiten des Kaslens z. B. 3 Löcher mit 6,3 mm 0 eingebohrt und vorläufig durch Einsetzen von entsprechenden Aluminiumnieten verschlossen. Diese Nieten verstopfen die öffnungen und halten das Pulvergemisch im Kasten bis zum Walzen.
Vor .:lem Walzen werden dann die Nieten herausgenommen, so daß die Luft entweichen kann. Die so vorbereiteten Kästen werden in einen Ofen eingesetzt und mit Hilfe von Abstandhaltern von vorzugsweise 25,4 mm einer allseitigen gleichmäßigen Erwärmung zugeführt Die Ofentemperatur wird auf 4700C gehalten, das Aufwärmen der Kästen dauert etwa 12 h, bis eine Durchwärmung von 425—455°C erreicht ist.
Beim Abwälzen sollte die Walztemperatur nur derart sein, wie man sie von einer normalen Aufwärmplatte erhält Es wird gerade durchgewalzt bis auf eine Länge von etwa 1,346 m, dann wird der Gegenstand um 90° gedreht und schließlich auf Endmaß über die Breitseite /1.
Borcarbid und wird gewogen, um seinen Gehalt in dem ursprünglichen Kernmaterial zu bestimmen.
Es ist offensichtlich, daß beim Abwälzen nicht nur die Stärke des Pulvergemisches Borcarbid mit Aluminium verringert wird, sondern auch der Platten 12. Abhängig von der Endstärke des Verbundmaterials haben dann die Aluminiumplatten eine Stärke von etwa 04— 1 rnm. Der Kern des Verbundmaterials ist molekular gebunden und auch der Kern selbst ist an den Innenflächen des Kastens molekular gebunden.
Die genauen Abmaße können nach Wunsch variiert werden, jedoch sollte die Stärke des Materials auf nicht mehr als V30 der Ausgangsstärke verringert werden. Die Aluminiumplatten an den Flächen des Abschirmmaterials sollten nicht dünner als 0,25 mm sein.
Anstelle von Aluminiumpulver kann man auch Magnesiumpulver verwenden.
Das' Neutronenabschirmmaterial wird in zwei Starkcn gefertigt, nämlich 3,175 und 6,35 mm. Diese Endmaße werden in zumindest 8 Durchzügen erreicht.
Nun wird das Abschirmmaterial gerichtet. Dies kann in der Wärme unter Last geschehen oder mit Hilfe von kleinen Bandabziehvorrichtungen. Das Richten in der Wärme wird jedoch bevorzugt. Dazu wird das Abschirmmaterial in Stapeln unter hohen Gewichten in einem Ofen bei einer Temperatur von etwa 425°C ausreichend lang gehalten, daß je 25,4 mm der Platte eine Stunde kommt. Sind dann noch nicht alle Platten gerichtct, so werden die fertiggerichteten Platten ausgetragen und der Rest nochmals gerichtet.
Anschließend wird auf die erwünschten Abn.aße beschnitten. Dies geschieht im allgemeinen mit einer Blechschere. Wider Erwarten läßt sich das Abschirmmalcrial leicht beschneiden und führt zu keinem übermäßigen Verschleiß der Schneiden. Durch den Kern des Verbundm.iterials erhält man sehr gute Schnittkanten im Gegensatz zu einem Beschneiden von 6,35 mm Aluminium, eo
im allgemeinen muß das Abiumnnmaici iai noch geprüft und mit einem Zertifikat versehen werden. Das bedeutet, daß jede Charge analysiert werden muß. Dazu wiegt man etwa 5 g des Gemisches Borcarbid und Aluminium aus, löst diese Probe in 100 cm3 Wasser und 100 cm;i Salzsäure 1 :1 p. a. und filtriert diese Lösung in einen Goochtiegel. Dann wird das filtrierte Material 1 h bei 315'C im Exsikkator getrocknet. Der Rückstand ist Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung eines Neutronenabschirmenden Werkstoffs, bei dem ein Gemisch aus einem Pulver einer Neutronen abfangenden Borverbindung und einem Metallpulver in einen Metallkasten eingeschweißt wird und dann der gesamte Kasten auf die gewünschte Stärke des Abschirmwerkstoffs warm abgewalzt wird, gekennzeichnet d u r c h die folgenden Schritte:
DE19762643444 1976-09-27 1976-09-27 Verfahren zur Herstellung eines Neutronen abschirmenden Werkstoffs Expired DE2643444C2 (de)

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