ES2244566T3 - Material compuesto de aluminio, polvo compuesto de aluminio y su metodo de fabricacion, miembro de almacenaje de combustible gastado y su metodo de fabricacion. - Google Patents
Material compuesto de aluminio, polvo compuesto de aluminio y su metodo de fabricacion, miembro de almacenaje de combustible gastado y su metodo de fabricacion.Info
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Abstract
Un método de fabricación de polvo de compuesto de aluminio que consta de los pasos de: la mezcla del polvo de aluminio como material de matriz, el absorbedor de neutrones y la tercera partícula, la mencionada tercera partícula es diferente del absorbedor de neutrones y se compone de óxido, nitruro, carburo o boruro, el contenido del absorbedor de neutrones es de un 1% de peso o mas a un 20% de peso o menos y el tamaño medio de las partículas del absorbedor de neutrones es de 0, 01 microm o más a 100 microm o menos, y el contenido de la tercera partícula es de un 0, 1% de peso o más a un 30% de peso o menos y el tamaño medio de las partículas de la tercera partícula en la matriz de aluminio es de 0, 01 microm o más a 10 microm o menos, y la dispersión del absorbedor de neutrones pulverizado y de la tercera partícula en la matriz de aluminio por aleación mecánica del polvo mezclado.
Description
Material compuesto de aluminio, polvo compuesto
de aluminio y su método de fabricación, miembro de almacenaje de
combustible gastado y su método de fabricación.
La presente invención se refiere a un material
que se ha de usar en la fabricación de un miembro de almacenaje de
combustible gastado que consta de una cuba o un casillero. Tal
miembro de almacenaje de combustible gastado se usa para acomodar y
almacenar el conjunto de combustible nuclear gastado después del
quemado. Esta invención también se refiere a un método de
fabricación de tal material.
El conjunto de combustible nuclear ya no
utilizable después del quemado en la etapa final del ciclo de
combustible nuclear se llama combustible nuclear gastado. Este
combustible nuclear gastado se almacena y se maneja en una
instalación de almacenaje hasta el momento del nuevo procesamiento.
Por ejemplo, en el método de esta etapa que usa un estanque de
combustible, casilleros SUS que reúnen tubos cuadrados son
sumergidos en el estanque y los conjuntos de combustible gastado se
colocan en los tubos cuadrados para satisfacer los requerimientos
del efecto de enfriamiento, del efecto de protección y
subcríticamente.
Recientemente, se añade con frecuencia boro al
acero inoxidable para fabricar los tubos cuadrados que forman los
casilleros. De modo convencional, se provee un absorbedor de
neutrones entre los tubos cuadrados de los casilleros. Sin embargo,
tal absorbedor de neutrones no se requiere cuando se hacen los
tubos cuadrados de acero inoxidable con adición de boro.
Correspondientemente, se puede reducir el hueco o la distancia
entre los tubos cuadrados adyacentes y el número de tubos cuadrados
que se pueden insertar en el pozo del estanque se puede
incrementar. De modo resultante, la capacidad de almacenaje de
conjuntos de combustible gastado se puede incrementar.
Tales tubos cuadrados se pueden aplicar en varios
sistemas de almacenaje tales como una cuba, un silo horizontal, un
estanque y un tablero. Sin embargo, incluso cuando se fabrican los
tubos, por ejemplo, solo para los casilleros, el número de tubos a
fabricar es grande. Correspondientemente, se requiere una
tecnología con la cual se puede fabricar una gran cantidad de tubos
cuadrados de modo eficaz. Además, para absorber de modo seguro los
neutrones generados de los conjuntos de combustible gastado, se
requiere que la estructura de los tubos cuadrados sea robusta.
Aparte de los casilleros hechos de los tubos
cuadrados, también se usan casilleros hechos de chapas planas para
almacenar los conjuntos de combustible gastado.
Correspondientemente, se requiere también una tecnología con la
cual se pueda fabricar una gran cantidad de estas chapas planas de
modo eficiente. Además, los conjuntos de combustible gastado
obtenidos del reactor de agua bajo presión (PWR) son pesados. Por
tanto, se requiere que los casilleros que acomodan y almacenan
tales conjuntos sean aún más fuertes.
El documento EP 1 083 240 A, que es una solicitud
de patente europea de acuerdo con el Artículo 54 (3) EPC, y el
documento DE 43 08 612 A da a conocer materiales compuestos de
aluminio que se pueden usar para la fabricación de cestas y cubas
para acomodar el combustible nuclear gastado.
El documento US 4.605.440 A da a conocer un
método para la producción de un compuesto de aluminio - carburo -
boro.
El documento JP 10 195567 A da a conocer un
material de lubricación automática que consiste en una mezcla de
una aleación de aluminio y otras partículas. Este material está
previsto para su uso en la fabricación de componentes de motores de
vehículos, tales como tornillos o remaches.
Es un objeto de la presente invención proveer un
material con el uso del cual se puedan fabricar miembros de
almacenaje de combustible gastado más fuertes en una gran
cantidad.
El polvo de compuesto de aluminio de acuerdo con
un aspecto de la presente invención se obtiene empleando una
aleación mecánica y que dispersa el absorbedor de neutrones, y una
tercera partícula compuesta de óxido, nitruro, carburo o boruro
pulverizado por aleación mecánica en una matriz de aluminio.
El absorbedor de neutrones dispersado en la
matriz de aluminio actúa para bloquear el deslizado en los límites
de los granos de cristal, y refuerzan el material. La tercera
partícula compuesta de óxido o similar está dispersada en la matriz
de aluminio, y además promueve la acción de bloqueo del
deslizamiento de las partículas de cristal, de modo que la
resistencia del material se incrementa más. El contenido de la
tercera partícula dispersada es de 0,1% de peso o más a un 30% de
peso o menos. Además, el tamaño medio de la tercera partícula
añadida en la matriz de aluminio es de 0,01 \mum o más hasta 10
\mum o menos. Además, el contenido del absorbedor dé neutrones es
de un 1% de peso o más hasta un 20% de peso o menos. El tamaño
medio de las partículas del polvo del absorbedor de neutrones a
añadir es de 0,01 \mum o más hasta 100 \mum o menos.
El método de fabricación del polvo de compuesto
de aluminio de acuerdo con otro aspecto de la presente invención
consta de los pasos de la mezcla del polvo de aluminio como
material de matriz, del absorbedor de neutrones y de una tercera
partícula compuesta de óxido, nitruro, carburo o boruro, y de la
dispersión del absorbedor de neutrones pulverizado y de una tercera
partícula en la matriz de aluminio por aleación mecánica del polvo
mezclado.
Por aleación mecánica, el aluminio se aplasta, se
trenza y se aplana. Además, el absorbedor de neutrones tal como B
también se pulveriza finamente por aleación mecánica, y se dispersa
de modo uniforme en la matriz de aluminio aplanada. Finalmente,
estas partículas planas se ligan para formar partículas corrientes.
Como resultado, se evita un deslizamiento de cristales de aluminio
y se obtiene una resistencia suficiente, y en la invención, además,
la tercera partícula compuesta de óxido o similar se pulveriza
finamente, y se dispersa en la matriz de aluminio. Se considera que
la tercera partícula dispersada promueve la acción de bloqueo del
deslizamiento de cristales. El polvo de compuesto de aluminio
fabricado con este método viene a tener una resistencia muy
grande.
Además, los pasos para formar una película de
óxido de modo preliminar en la superficie del polvo de aluminio, y
la mezcla de la película de óxido formada en la superficie del
polvo de aluminio como el óxido dentro del polvo compuesto por la
aleación mecánica se puede añadir. Cuando se usa el óxido como la
tercera partícula, no se añade el óxido de modo separado, sino que
se forma de modo preliminar como una película de óxido en la
superficie del polvo de aluminio, y esta película de óxido se pela
y se pulveriza en el momento de la aleación mecánica, y se dispersa
en la matriz como tercera partícula. Por tanto, se puede ahorrar la
labor de fabricar la tercera partícula o el paso de añadirla, de
modo que el polvo de compuesto de aluminio se puede fabricar
fácilmente.
El material del compuesto de aluminio de la
presente invención se obtiene por contener el absorbedor de
neutrones y el tercer elemento compuesto de óxido, nitruro, carburo
o boruro en la matriz de aluminio. Como se ha mencionado
anteriormente, por la dispersión fina del absorbedor de neutrones y
la tercera partícula de modo uniforme en la matriz de aluminio, son
eficaces para bloquear el deslizamiento de límite de los granos de
aluminio y aumentar la resistencia del material. Por el sinterizado
de tal polvo de matriz de aluminio, el absorbedor de neutrones y el
tercer elemento están contenidos en el material, de modo que la
resistencia puede ser mejorada dramáticamente. Los métodos de
sinterizado incluyen el sinterizado atmosférico, el sinterizado al
vacío, el sinterizado de descarga, y otros, y la formación previa
puede también hacerse antes del proceso de sinterizado. Tal
material de compuesto de aluminio se puede usar en la cesta para
contener los compuestos de combustible gastado. Esta cesta está
compuesta por el establecimiento de tubos cuadrados, o
alternativamente la combinación de miembros de chapa.
En el material de compuesto de aluminio, el
contenido de la tercera partícula es de un 0,1% de peso o más hasta
un 30% de peso o menos. Además, es preferible que el tamaño de las
partículas medias sea de 0,01 \mum o más hasta 10 \mum o menos.
Además, el contenido del absorbedor de neutrones es de un 1% de
peso o más hasta un 20% de peso o menos. Se obtendrán resultados
más favorables cuando el tamaño medio de las partículas del polvo
del absorbedor de neutrones a añadir sea de 0,01 \mum o más hasta
100 \mum o menos. Los motivos de estos efectos se explican en la
siguiente descripción de las realizaciones.
El método de fabricación del miembro de
almacenaje de combustible gastado de acuerdo con aún otra
realización de la presente invención consta de los pasos de mezclar
el polvo de aluminio, el polvo de absorbedor de neutrones, y el
tercer elemento compuesto de óxido, nitruro, carburo o boruro, la
formación previa del polvo mezclado, el enlatado del material de
formación previa, y el sinterizado del material preformado
enlatado.
Primero, el polvo de aluminio, el absorbedor de
neutrones y la tercera partícula se mezclan, y se preforma el polvo
mezclado. Por la preformación, la variación de la densidad de
formación se puede suprimir. Sucesivamente, el material preformado
se enlata, y se sinteriza. Por tanto se preparan lingotes antes de
formar el miembro de almacenaje de combustible gastado. Para sacar
los lingotes de la lata, el exterior o el final de la lata se
esmerilan. Preferentemente, el proceso de sinterizado se lleva a
cabo por el método de prensado en caliente o de prensado isostático
en caliente (HIP). Aparte de esto, un sinterizado atmosférico o
seudo HIP también se puede emplear. Los miembros de almacenaje de
combustible gastado incluyen tubos cuadrados para componer la cesta
o los miembros de chapa para la composición de un casillero de
chapa plana.
El método de fabricación del miembro de
almacenaje de combustible gastado de acuerdo con la presente
invención consta de los pasos de mezclar y de alear mecánicamente
el polvo de aluminio, el polvo de absorbedor de neutrones, y el
tercer elemento compuesto de óxido, nitruro, carburo o boruro, y el
sinterizado atmosférico o el sinterizado al vacío del polvo
mezclado.
Por tanto, el paso de enlatado se puede omitir y
se puede llevar a cabo el sinterizado atmosférico o el sinterizado
al vacío. Por la omisión del paso de enlatado, el mecanizado tal
como el esmerilado del exterior no se requiere después del
sinterizado atmosférico o del sinterizado al vacío. De allí que los
lingotes se puedan fabricar fácilmente. Preferentemente, el
proceso de sinterizado se lleva a cabo por prensado en caliente al
vacío. Aparte que, el seudo HIP al vacío también puede ser posible.
Por la ejecución del proceso de sinterizado por prensado en
caliente al vacío, se pueden fabricar miembros de almacenaje de
combustible gastado baratos y de alta calidad.
El método de fabricación del miembro de
almacenaje de combustible gastado de acuerdo con aún otra
realización de la presente invención consta de los pasos de mezclar
polvo de aluminio y polvo de absorbedor de neutrones, un paso para
formar un material preformado por prensado isostático en frío y
sinterizado de descarga del material preformado.
Mediante el sinterizado de descarga del material
preformado, el sinterizado se puede llevar a cabo en un tiempo más
breve comparado con el sinterizado corriente. Correspondientemente,
los miembros de almacenaje de combustible gastado se pueden
fabricar de modo eficiente. Aparte de esto, como quiera que se
omite el enlatado, el mecanizado o el esmerilado exterior no se
requiere, y los miembros de almacenaje de combustible gastado se
pueden fabricar a un coste más bajo. Preferentemente, el proceso de
sinterizado de descarga se lleva a cabo por sinterizado de descarga
de plasma. Por la energía del sinterizado de plasma de descarga, se
retira la película pasiva de aluminio y es posible un sinterizado
favorable. Aparte del sinterizado de plasma de descarga, también se
puede aplicar un sinterizado de plasma en caliente.
Además, se puede añadir un paso para formar un
tubo cuadrado o un material de chapa para la composición de un
tubo cuadrado y por formación por extrusión. También se puede
añadir un paso para la formación de una barra que se ha de insertar
dentro de un tubo guía de combustible gastado formado por
extrusión. Por tanto, en estos métodos, por extrusión de los
lingotes fabricados, se pueden fabricar fácilmente tubos cuadrados o
barras como miembros de almacenaje de combustible gastado.
Incidentalmente, los tubos cuadrados se pueden formar directamente
por extrusión, o pueden ser formados por soldadura después de la
extrusión de los miembros de chapa.
Además, el proceso de mezclado se puede llevar a
cabo por aleación mecánica. La aleación mecánica se puede llevar a
cabo usando las máquinas de taladrado disponibles. Las partículas
gradualmente se aplanan cuando el polvo de aluminio se trenza
gradualmente en la máquina de taladrado. El absorbedor de neutrones
y la tercera partícula se pulverizan por la máquina de taladrado,
y se hace considerablemente más pequeño comparado con el tamaño
medio inicial de las partículas, y se amasan y se dispersan dentro
de la matriz de aluminio. Después de la aleación mecánica, las
partículas planas finalmente se convierten en partículas que
contienen el absorbedor de neutrones y la partícula tercera. Por
tanto, el absorbedor de neutrones se puede dispersar finamente y de
modo uniforme, y la resistencia mecánica del miembro de almacenaje
de combustible gastado se puede mejorar.
Otros objetos y características de esta invención
se harán aparentes de la siguiente descripción con referencia a
los dibujos que lo acompañan.
La figura 1 es una vista en sección de un tubo
cuadrado.
La figura 2 es un cuadro de flujo que muestra un
método de fabricación de un tubo cuadrado de acuerdo con una
primera realización de la invención.
La figura 3 es un cuadro de flujo que muestra un
método de fabricación del tubo cuadrado de acuerdo con una segunda
realización de la invención.
La figura 4 es un diagrama que muestra una
estructura de máquina de prensado en caliente al vacío, usada en
este método de fabricación del tubo cuadrado.
La figura 5 es un cuadro de flujo que muestra un
método de fabricación de un tubo cuadrado de acuerdo con una
tercera realización de la invención.
La figura 6 es un diagrama que muestra una
estructura de la máquina de sinterizado de plasma de descarga usado
en este método de fabricación de tubo cuadrado.
La figura 7 es un diagrama que muestra una
estructura de un molino de frotamiento usado en un método de
fabricación del tubo cuadrado de acuerdo con una cuarta realización
de la invención.
La figura 8 es una vista en aumento que muestra
el polvo de energía elevada fabricado por aleación mecánica.
La figura 9 es un diagrama estructural
esquemático de una máquina de fabricación de polvo para la
ejecución de un método de fabricación de acuerdo con una quinta
realización de la invención.
La figura 10 es un diagrama explicativo que
muestra el polvo fabricado por la máquina de fabricación del polvo
indicado en la figura 9.
La figura 11 es una vista en perspectiva que
muestra una estructura de un casillero del tipo de chapa plana.
La figura 12 es un diagrama explicativo que
muestra una estructura de un conjunto de combustible gastado.
Las figura 13 es una vista en perspectiva que
muestra una estructura de una cuba.
La figura 14 es un diagrama esquemático que
muestra una aleación de aluminio cuando se hace una aleación
mecánicamente en una condición específica.
El polvo del compuesto de aluminio, su método de
fabricación, el material de compuesto de aluminio, el miembro de
almacenaje del combustible gastado y el método de fabricación de la
invención se describen en detalle posteriormente refiriéndose a los
dibujos que lo acompañan. Se debe observar sin embargo que la
invención no está limitada únicamente a las realizaciones
ilustradas.
En el material de compuesto de aluminio de una
primera realización de la invención, aparte de B o el compuesto de
B, se añade una tercera partícula, tal como óxido, y se lleva a
cabo la aleación mecánicamente, de modo que se mejora la
resistencia del material. Para este propósito, en primer lugar en
un contenedor de molino de frotamiento, se carga el aluminio o el
polvo del compuesto de aluminio como material de matriz, B o el
polvo del compuesto de B como absorbedor de neutrones, y una
tercera partícula que contiene óxido, nitruro, carburo o
boruro.
El contenido de la tercera partícula es de un
0,1% de peso o más hasta un 30% de peso o menos. Si es menor de un
0,1% de peso, no se obtiene el efecto de mejora de la resistencia,
o si es mayor de un 30% de peso, el alargamiento del material
fabricado se reduce. El tamaño medio de las partículas de la
tercera partícula en la matriz de aluminio es de 0,01 \mum o más
hasta 10 \mum o menos. Si es menor de 0,01 \mum, es muy caro en
el mercado y es difícil de obtener en una cantidad grande. Si es
mayor de 10 \mum, apenas contribuye a la mejora de la resistencia
del material.
El contenido de B o de compuesto de B es de un 1%
de peso o más hasta un 20% de peso o menos. Si es menor de un 1%
de peso, la capacidad de absorción de neutrones es insuficiente, o
si es mayor de un 20% de peso, el alargamiento del material y la
tenacidad bajan. El tamaño medio de las partículas de B o de
compuesto de B es de 0,01 \mum o más hasta 100 \mum o menos. Si
es menor de 0,01 \mum, es caro, o si es mayor de 100 \mum, se
reduce la resistencia.
Aparte de B o el compuesto de B, se puede usar
cualquier elemento capaz de absorber neutrones, tales como Cd, Hf,
un elemento raro en la tierra, y otro elemento que tiene un área de
sección de absorción de neutrones amplio. Por ejemplo, en el caso
de un reactor de agua hirviendo (BWR), se usa principalmente B o un
compuesto de B, pero en el caso de PWR, por otra parte, se usa una
aleación de Ag-In-Cd. La composición
de la aleación de Ag-In-Cd es
generalmente de un 15% de peso de In y un 5% de peso de Cd. Como
elemento raro de tierra, se puede usar óxido de Eu, Sm o Gd.
Ejemplos de óxido usado como la tercera partícula
incluyen Al_{2}O_{3}, ZrO_{2}, SiO_{2}, MgO, TiO_{2} y
Cr_{2}O_{3}. Ejemplos de nitruro son Si_{3}N_{4} y BN.
Ejemplos de carburo son SiC, WC y Cr_{3}C_{2}. Ejemplos de
boruro incluyen ZrB_{2}. La tercera partícula no está limitada a
estos ejemplos, sino que se pueden seleccionar otros de modo
apropiado según se requiera.
Ejemplos útiles de Al o polvo de aleación de Al
son aluminio puro (series JIS 1xxx), aleación de aluminio
Al-Cu (series JIS 2xxx), aleación de aluminio
Al-Mg (series JIS 5xxx), aleación de aluminio
Al-Mg-Si (series JIS 6xxx),
aleación de aluminio Al-Zn-Mg
(series JIS 7xxx), aleación de aluminio Al-Fe
(contenido de Fe de un 1 a un 10% de peso), y aleación de aluminio
Al-Mn (series JIS 3xxx), que se pueden seleccionar
dependiendo de la característica requerida tales como la
resistencia, la ductilidad, la procesabilidad y la resistencia al
calor.
Como estas muestras de Al o de aleación de Al, se
usa polvo enfriado por inmersión y solidificado que tiene una
textura fina y uniforme. El método de enfriado por inmersión y de
solidificación para obtener tal polvo enfriado por inmersión y
solidificado incluye un método de una sola laminación, un método de
doble laminación, un método de atomización tal como el método de
atomización de aire y el método de atomización de gas u otros
métodos conocidos. El polvo de aleación de Al obtenido por tal
método de enfriado por inmersión y solidificación se prefiere que
tenga un tamaño medio de partículas de 5 a 150 \mum.
Más específicamente, si el tamaño medio de las
partículas es inferior a 5 \mum, el polvo es muy fino, y las
partículas se agregan y forman un gran terrón de partículas, y sin
embargo hay un límite en la fabricación por el método de
atomización (necesario para seleccionar y usar solo polvo fino, el
rendimiento de la fabricación de polvo es extremadamente rebajado,
y se incrementa el coste) o si el tamaño medio de las partículas
excede de 150 \mum, ya no es enfriado por inmersión y
solidificación, y por tanto hay problemas de límite en la
fabricación por el método de atomización y la dificultad en el
mezclado uniforme con partículas finas aditivas. El tamaño medio
preferente de las partículas es de 50 a 120 \mum. La velocidad
del proceso de enfriado por inmersión y solidificado es de
10^{2}ºC/seg o más, de preferencia 10^{3}°C/seg o más.
Por otra parte, B o el compuesto de B que se ha
de mezclar con el polvo de Al o de aleación de Al se caracteriza
por una gran capacidad de absorción de los neutrones rápidos en
particular. Los compuestos de B preferentes utilizables en la
invención incluyen B_{4}C y B_{2}O_{3}. En particular, se
prefiere B_{4}C como partículas aditivas al miembro estructural
debido al gran contenido del compuesto de B por unidad de peso, una
gran capacidad de absorción de neutrones por una pequeña cantidad,
y una dureza muy elevada.
La tercera partícula está por tanto compuesta de
óxido, nitruro, carburo o boruro pero también puede contener otras
partículas. Por ejemplo, como elemento aditivo para dar una
resistencia elevada se puede mezclar Zr o Ti.
Los materiales en polvo cargados de esta forma a
la tasa especificada se alean mecánicamente (MA) por un molino de
frotamiento. Aparte del molino de frotamiento, se puede usar una
laminadora general o una laminadora de oscilación. Por el MA se
aplasta el polvo de Al o el polvo de aleación de Al por las bolas,
y se trenza y se aplana. Por el proceso de MA, B o el compuesto de
B y la tercera partícula se pulverizan finamente y se amasan de
modo uniforme dentro de la matriz de Al. Después del proceso de MA,
estas partículas planas se convierten en partículas corrientes que
contienen Al o una aleación de Al y una partícula tercera.
Por tanto, por la adición de la tercera partícula
y el procesado por MA, la resistencia del material se mejora
dramáticamente. Específicamente, comparado con el material
sinterizado y formado por mezclado y usando una máquina de mezclado
corriente (tal como un mezclador rotatorio transversal o un
mezclador V), se encuentra que la resistencia se incrementa tres
veces. Además, como quiera que B o el compuesto de B de una dureza
elevada es dispersado finamente y de modo uniforme en la matriz, se
evita la agregación de B y de allí que se mejore el rendimiento de
la extrusión. De allí también es efectivo para reducir el desgaste
del troquel de extrusión.
Cuando se añade la tercera partícula, se puede
formar una película de óxido en la superficie de la partícula por
la oxidación preliminar del polvo de Al o del polvo de la aleación
de Al, y la película de óxido se puede aplastar finamente en el
proceso MA para dispersarlo en la matriz de Al. El proceso de
oxidación del polvo de Al o del polvo de aleación de Al se lleva a
cabo por calentamiento del polvo de material a la atmósfera. Es
decir, el polvo de Al o el polvo de aleación de Al se pone en un
contenedor de calentamiento y se agita mientras que se calienta a
400°C hasta 500°C. Por la continuación de esta operación durante
varias horas, se puede formar una película de óxido suficiente en
la superficie del polvo de Al o del polvo de aleación de Al.
La figura 1 es una vista en sección de un tubo
cuadrado usado como un miembro de almacenaje de combustible
gastado. Este tubo cuadrado (1) tiene una sección cuadrada y se hace
de la aleación de Al fabricado en la primera realización. La figura
2 es un cuadro de flujo que muestra un método de fabricación del
tubo cuadrado mostrado en la figura 1. En primer lugar, el polvo de
aleación de Al se forma en el método mostrado en la primera
realización (paso S201).
A continuación, al poner el polvo de compuesto en
una caja de goma, se evacua a aproximadamente 10^{-2} Torr, y se
sella al vacío con una cinta estanca al aire, y se aplica una
presión elevada de modo uniforme desde todas las direcciones a una
temperatura corriente por CIP (prensa isostática en frío) para la
formación previa (paso S202). La presión de formación de CIP es de
100 Mpa hasta 200 MPa. Por el proceso de CIP, el volumen del polvo
se pierde en aproximadamente un 20 por ciento, y el diámetro del
material preformado se convierte en 600 mm, y la longitud es de
1500 mm. Por la aplicación de presión de modo uniforme desde todas
las direcciones por el CIP, se obtiene un material formado de alta
densidad, pequeño en la fluctuación de formación de densidad.
Sucesivamente, el material preformado es sellado
al vacío en una lata de aluminio (lata de aleación de aluminio sin
costuras: JIS 6063). Se evacua la lata a aproximadamente 10^{-4}
Torr, y se calienta a 300°C (paso S203). En este proceso de
desgasificación, se retiran los componentes de gas y la humedad en
la lata. En el próximo paso, el material formado evacuado y
desgasificado se reforma por HIP (prensa isostática en caliente)
(paso S204). La condición de formación de HIP es una temperatura de
400°C a 450°C, una duración de 30 segundos, y una presión de 6000
toneladas, y el material formado se define para que sea de 400 mm
de diámetro.
Para retirar la lata, el exterior y la cara final
se esmerilan pulverizan por mecanizado (paso S205), y el lingote
caliente se extrusiona en caliente usando un extrusionador de ojo
de buey (paso S206). En este caso, la condición de extrusión es una
temperatura de calentamiento de 500°C a 520°C y una velocidad de
extrusión de 5 m/min. La condición puede ser cambiada de modo
adecuado dependiendo del contenido de B.
Después de la formación por extrusión, y el
enderezado por tensión (paso S207), una porción no estacionaria y
una porción de evaluación se recortan, y se obtiene un producto
(paso S208). Un tubo cuadrado (1) completado tiene una forma
cuadrada del modo indicado en la figura 1, siendo un lado de la
sección 162 mm y siendo el interior 151 mm.
En este ejemplo, se usa un extrusionador de tipo
ojo de buey de una tasa elevada de compresión y adecuado para la
extrusión de una realización complicada de aluminio o de otro
material blando, pero el extrusionador no está limitado a este
tipo. Por ejemplo, se puede emplear un tipo de mandril móvil o
fijo. Aparte de una extrusión directa, se puede aplicar una
extrusión hidrostática, y se puede seleccionar de modo adecuado
dentro de una gama posible para el usuario. Por el HIP, es posible
la formación de una forma casi neta, pero considerando un paso de
extrusión subsecuente, puede ser sustituido por un seudo HIP, y se
puede asegurar una precisión suficiente. Específicamente, se carga
un material granular cerámico como medio de transferencia de
presión en el troquel que consta de una dirección uniaxial y
sinterizado. Por este método, también, se puede fabricar un tubo
cuadrado (1) favorable.
Pero, en lugar del HIP se puede usar una prensa
en caliente. La presión en caliente es un método de sinterizado
por presión uniaxial por el calentamiento de un troquel resistente
al calor. En este caso, en este proceso de prensa en caliente, el
material preformado se sella en una lata, y se evacua y se
desgasifica, y se calienta de 400°C hasta 450°C, por una duración
de 10 segundos a 30 segundos, y se pone bajo presión a 6000
toneladas. Por el proceso de extrusión subsecuente, se puede
fabricar un lingote de una calidad suficiente por la prensa en
caliente, pero si el estado de sinterizado no es satisfactorio,
dependiendo del tamaño del lingoteo de otra condición, se puede
aplicar HIP. Las ventajas de la prensa en caliente son una elevada
productividad y un bajo coste. Aparte de la presión en caliente,
también puede ser posible el método de sinterizado atmosférico.
Además, se puede omitir el paso de CIP. En este caso, ahorra la
labor de ponerlo en una caja de goma y se facilita la fabricación
del tubo cuadrado.
La figura 3 es un cuadro de flujo que muestra un
método de fabricación del tubo cuadrado (1) de acuerdo con una
tercera realización de la invención. Del modo indicado en el
cuadro, la característica de este método de fabricación de tubo
cuadrado (1) se encuentra en el uso de una prensa en caliente al
vacío (proceso de prensa en caliente al vacío: S303) en lugar del
paso de sellado de la lata y la evacuación, el calentamiento y el
desgasificado (S203), el paso de HIP (S204) y el paso de esmerilado
exterior y de cara final (S205). Los otros pasos son los mismos que
en la segunda realización, y se omite la explicación (pasos S301,
S302, S304 a S306).
La figura 4 es un diagrama que muestra una
estructura de máquina de prensa en caliente al vacío usada en este
método de fabricación de un tubo cuadrado. Esta máquina de prensa
en caliente al vacío (10) está compuesta por un troquel (11) y un
anillo de troquel (12), una base (13) y un punzón (14) dispuesto
dentro del troquel (11). Todos estos componentes se hacen de
grafito. En la cámara de formación compuesta del anillo de troquel
(12), la base (13) y el punzón (14), se inserta el material de
formación previa (P) fabricado en el proceso CIP. El troquel (11)
está rodeado por un calentador de grafito (15).
El anillo de troquel (12), la base (13) y el
punzón (14) se acomodan en un recipiente al vacío (16). El
recipiente al vacío (16) está provisto con una bomba (17) para la
evacuación. El punzón (14) se lleva por un cilindro hidráulico (18)
provisto en la parte superior del recipiente de vacío (16). El
anillo de troquel (12) está dispuesto en el interior del troquel
(11) debido a que es más fácil sacar el lingote después de ponerlo
a presión. El diámetro interior del troquel (11) es de alrededor
de 350 mm. En la operación de prensa en caliente, se aplica un
lubricante o se rocía sobre las partes deslizantes. Como
lubricante, se puede usar BN (nitruro de boro) que tiene un
rendimiento de lubricación extremadamente excelente. En este
ejemplo, se muestra una extrusión de un lado, pero también se
puede emplear una extrusión desde ambos lados o un método
flotante.
Para el prensado en caliente al vacío, después de
la aplicación del lubricante en el troquel (11), se inserta el
material formado previamente (P) y se coloca a continuación el
troquel (14). El recipiente de vacío (16) se evacua a una presión
especificada, y se calienta la cámara a 400°C a 500°C por el
calentador de grafito (15). La gama de la temperatura especificada
se mantiene durante 30 a 60 minutos, y se comienza la presurización
a alrededor de 200°C. Después de la presurización y el sinterizado
del material preformado (P), se saca junto con el troquel (11) del
recipiente al vacío (16), y el lingote (B) se separa del troquel
(11). En este tiempo, el lingote (B) se extrusiona desde el
exterior, y el anillo de troquel (12) también se empuja ligeramente
afuera junto con el lingote (B), de modo que el lingote (B) se
puede sacar fácilmente. El lingote (B) retirado se extrusiona en el
siguiente paso de extrusión (S304), y se endereza por tensión (paso
S305) y se corta (paso S306), y se obtiene un tubo cuadrado (1)
como un producto
final.
final.
De acuerdo con este método de fabricación del
tubo cuadrado (1), se omite el enlatado, y el lingote (B) se forma
usando una prensa en caliente al vacío, y por tanto (1) se ahorra
el coste de la lata, (2) se omite el paso de recorte para retirar
la lata (paso S205) y (3) se puede omitir el proceso de fabricación
relacionado (paso S2207). De allí que el tubo cuadrado (1) se pueda
fabricar de modo eficiente y a un bajo coste.
La figura 5 es un cuadro de flujo que muestra un
método de fabricación de un tubo cuadrado de acuerdo con una cuarta
realización de la invención. Como se muestra en el cuadro, la
característica de este método de fabricación del tubo cuadrado (1)
se encuentra en el uso de sinterizado de plasma de descarga
(proceso de sinterizado de plasma de descarga: paso S503) en lugar
del paso de sellado de la lata y la evacuación, el calentamiento y
la desgasificación (S203), el paso HIP (S204) y el paso del
esmerilado exterior y de cara final (S205). La sinterización del
plasma de descarga se ha de sinterizar bajo presión haciendo uso de
la energía de descarga por chispa del fenómeno de descarga de arco
momentáneo. Los otros pasos son los mismos que en la primera
realización, y se omite la explicación (pasos S501, S502, S504 a
S506).
La figura 6 es un diagrama que muestra una
estructura de una máquina de sinterizado de plasma de descarga
usada en este método de fabricación de un tubo cuadrado. La máquina
de sinterización de plasma de descarga (20) consta de un troquel de
grafito (21), los punzones superior e inferior (22, 23) que sirven
también como un electrodo superior y un electrodo inferior, una
fuente de potencia (24) para suministrar una corriente de impulsos
a los punzones superior e inferior (22, 23), un controlador (25)
para controlar la fuente de potencia (24), un recipiente de vacío
(29) para acomodar el troquel (21) y los punzones (22, 23), una
bomba (26) para la evacuación del recipiente de vacío (29) y unos
cilindros hidráulicos (27, 28) para la propulsión de los punzones
(22, 23)'. El material preformado (P) por CIP se inserta dentro de
una cámara de formación compuesta por el troquel (21) y los
punzones (22,
23).
23).
En el sinterizado de plasma de descarga es fácil
controlar la energía de sinterizado y fácil de manejar, entre otros
méritos, pero el sinterizado de alta velocidad es muy importante
para este método de fabricación. En la prensa en caliente, por
ejemplo, el tiempo de sinterizado es de aproximadamente 5 horas, y
solo es aproximadamente 1 hora en la sinterización de plasma de
descarga. Debido a la sinterización de alta velocidad, se puede
acortar el tiempo de fabricación.
En la condición de sinterizado de plasma de
descarga, el grado de vacío en el recipiente de vacío (29) es de
10^{-2} Torr, y la temperatura se eleva a 500°C en
aproximadamente 10 minutos. Esta gama de temperatura se mantiene
durante 10 a 30 minutos, y se aplica una presión de 5 a 10
toneladas. Cuando se aplica una corriente de impulsos entre los
punzones (22 y 23), el punto de descarga en el material preformado
(P) se mueve y se dispersa en toda la superficie. En la porción de
descarga por chispa, la temperatura es localmente elevada (1000°C a
10000°C), y el punto de contacto intergranular se crece a una
superficie, formando con ello un cuello que ha de estar en un
estado fusionado. Como resultado, incluso en el caso de un material
de aluminio que forma una película de óxido duro, por la acción de
deposición electrónica de plasma de descarga, la película de óxido
de la superficie de aluminio se destruye de modo que se puede
sinterizar fácilmente el lingote.
De acuerdo con este método de fabricación de
tubos cuadrados (1), el tiempo de sinterización se puede acortar
comparado con el caso de usar la prensa en caliente. A parte que,
como quiera que la película pasiva de aluminio se destruye por la
acción de descarga, la sinterización es fácil. Los beneficios de
omitir el proceso de enlatado son los mismos que en la segunda
realización. Aparte de la sinterización de plasma de descarga, el
método de sinterización de plasma caliente también se puede
emplear. La sinterización de plasma caliente es una sinterización
libre de presión por el uso del calor del plasma a una temperatura
ultra elevada. También es posible fabricarlo por sinterización de
descarga corriente.
El casillero para acomodar los conjuntos de
combustible gastado también se puede formar por chapas planas, en
lugar de tubos cuadrados. La figura 7 es una vista en perspectiva
que muestra un casillero de chapas planas. En este casillero de
tipo chapa plana (60), primero por la extrusión de un lingote
fabricado por los métodos de fabricación de la segunda a la cuarta
realizaciones, se forman los miembros de chapa (61) de
aproximadamente 300 mm a 350 mm de ancho. En sucesión, las ranuras
plurales (62) se forman de modo consecutivo en cada miembro de
chapa (61). Los miembros de chapa (61) se conectan entre sí
verticalmente y lateralmente en las ranuras (62), y se forma una
sección de enrejado. En el caso de un casillero de tipo chapa plana
(60), mientras tanto, como quiera que el espesor de la chapa es
menor que en el de tipo tubo cuadrado, la cantidad de B que se ha
de dispersar en Al es algo mayor. Este casillero de tipo de chapa
plana se usa como la cuba o el casillero del estanque de
combustible gas-
tado.
tado.
En las realizaciones segunda a cuarta, la
capacidad de absorción de neutrones se indica por la dispersión de
boro en el tubo cuadrado (1) para evitar que los ensamblados del
combustible gastado alcancen el punto crítico. En una sexta
realización, sin depender del tubo cuadrado (1), se forma una barra
redonda para la absorción de neutrones de los conjuntos de
combustible gastado. Una barra redonda (70) se inserta dentro de un
tubo de guía del grupo de varillas de control (72) (o tubo de
medición) de un conjunto de combustible gastado (71) mostrado en la
figura 8. Por la inserción de la barra redonda (70), se asegura una
capacidad de absorción de neutrones especificada, y de allí que no
es necesario dispersar mucho boro en el tubo cuadrado (1). El
método de fabricación de la barra redonda (70) difiere solo en la
forma del troquel en el proceso de extrusión final y de allí que se
pueda emplear el mismo método de fabricación que en las
realizaciones segunda a cuarta.
Se explica un ejemplo especifico de uso del tubo
cuadrado (1). La figura 9 es una perspectiva que muestra una cuba.
La figura 10 es una vista en sección de dirección axial de la cuba
mostrado en la figura 9. La figura 11 es una vista en sección de
dirección radial de la cuba mostrada en la figura 9. Esta cuba
(100) se fabrica por mecanizado del interior de una cavidad (102)
de un casco (101) de conformidad con la forma exterior de una
cesta
(130).
(130).
El casco (101) y la placa de fondo (104) son
piezas de forja de acero al carbono que tienen una función de
protección contra rayos gamma. En lugar del acero al carbono,
también se puede usar acero inoxidable. El casco (101) y la placa
de fondo (104) están unidos por soldadura. Para asegurar el
rendimiento de encierre como recipiente a prueba de presión, hay
provisto un casquillo de metal entre una tapa primaria (110) y el
casco (101).
El hueco entre el casco (101) y el tubo exterior
(105) está rellenado con una resina (106) que es un material de
polímero elevado que contiene mucho hidrógeno, que tiene una función
de protección contra neutrones. También entre el casco (101) y el
tubo ) exterior (105), se sueldan aletas interiores de cobre
plurales (107) para la conducción de calor, y se vierte la resina
(106) dentro del espacio formado por las aletas interiores (107) en
estado fluido, y se enfría y se solidifica. Se prefiere que las
aletas interiores (107) estén provistas a una densidad elevada en la
porción de una gran capacidad de calor para enfriarlo de modo
uniforme. Una concesión de expansión térmica (108) de varios
milímetros está provista entre la resina (106) y el tubo exterior
(105).
La tapa (109) está compuesta de una tapa primaria
(110) y una tapa secundaria (111). La tapa primaria (110) es un
disco hecho de acero al carbono o de acero inoxidable para la
protección contra rayos gamma. La tapa secundaria (111) también es
un disco de acero inoxidable o de acero al carbono, y su superficie
superior está sellada con resina (112) como elemento de protección
de neutrones. La tapa primaria (110) y la tapa secundaria (111)
están sujetas al casco (101) por medio de pernos de acero
inoxidable o de acero al carbono (113). Los casquillos de metal se
colocan entre la tapa primaria (110), la tapa secundaria (111) y el
casco (101), y se sella de modo estanco el interior. La tapa (109)
está rodeada por un elemento protector auxiliar (115) sellado con
resina (114).
En ambos lados del cuerpo principal de la cuba
(116), hay un gorrón (117) para suspender la cuba (100). En la
figura 9, está provisto el elemento protector auxiliar (115), pero
cuando se transporta la cuba (100), se retira el elemento protector
auxiliar (115) y hay provisto un amortiguador de choques (118)
(véase la figura 10). El amortiguador de choques (118) está
compuesto por el ensamblado de un miembro de amortiguación (119)
tal como pino de California dentro de un tubo exterior (120) hecho
de material de acero inoxidable.
La cesta (130) está compuesta de (69) tubos
cuadrados (1) componer una célula (131) para acomodar los conjuntos
de combustible gastado. Los tubos cuadrados (1) se fabrican por el
método de fabricación de las realizaciones primera a quinta. La
figura 12 es una vista en perspectiva que muestra un método de
inserción de tubos cuadrados. Los tubos cuadrados (1) fabricados en
el proceso anterior se insertan de modo secuencial a lo largo de la
forma de procesado interior de la cavidad (102).
Del modo indicado en la figura 12 y la figura 10,
se insertan tubos inactivos (133) en ambos lados de la fila de
tubos cuadrados de 5 o 7 células dentro de la cavidad (102). Los
tubos inactivos (133) se usan para reducir el peso del casco (101),
haciendo el espesor del casco (101) uniforme, y fijando los tubos
cuadrados (1) con seguridad. Los tubos inactivos (133) también se
han hecho de una aleación de aluminio que contiene boro, y se
fabrican en el mismo proceso. Mientras tanto, se pueden omitir los
tubos inactivos (133).
Los conjuntos de combustible gastado se han de
acomodar en la cuba (100) que contiene materiales hendibles y
productos de fisión, generan radiación y se acompañan por un calor
de descomposición, y de allí que sea necesario mantener la función
de enfriamiento, la función de protección y la función críticamente
preventiva de la cuba (100) con seguridad durante el período de
almacenaje (alrededor de 60 años). En la cuba (100) de la primera
realización, por mecanizado del interior de la cavidad (102) del
casco (101), el exterior de la cesta (130) compuesta de tubos
cuadrados (1) se inserta en un estado de contacto casi prieto (sin
un gran hueco), y una aleta interior (107) está provista entre el
casco (101) y el tubo exterior (105). Correspondientemente, el
calor de los conductos de las varillas de combustible al casco (101)
a través del tubo cuadrado (1) o el gas de helio de llenado y se
libera principalmente desde el tubo exterior (105) a través de la
aleta interior (107).
Los rayos gamma generados de los conjuntos de
combustible nuclear gastado están protegidos por el casco (101), el
tubo exterior (105) o la tapa (109) hecha de acero al carbono o
acero inoxidable. Aparte de esto, los neutrones se protegen por la
resina (106) para reducir los efectos de exposición a los
operadores de operación de radiación. Específicamente, está
diseñado para obtener una función de protección de modo que se
puede garantizar la tasa equivalente de una dosis de superficie de
2 mSv/h o menos y una tasa equivalente de dosis de 100 \muSv/h o
menos a 1 m de la superficie. Como quiera que se usa una aleación
de aluminio con boro en el tubo cuadrado (1) para la composición de
la célula (131), es efectivo para evitar que se alcance la
criticalidad por la absorción de neutrones.
Además, de acuerdo con esta cuba (100), por la
mecanización del interior de la cavidad (102) del casco (101), los
tubos cuadrados (1) para la composición del exterior de la cesta
(130) se pueden insertar en un estado de contacto casi prieto, y el
área de la superficie frontal de los tubos cuadrados y la cavidad
es ancha, y la conducción de calor de los tubos cuadrados (1) es
suave. También por la eliminación de la región del espacio en la
cavidad (102), si el número de tubos cuadrados que lo constituye
(1) es el mismo, el casco (101) es compacto y de un peso ligero.
Por lo contrario, cuando el diámetro exterior del casco (101) no
se cambia, el número de células se puede mantener, de modo que la
capacidad de acomodación de los conjuntos de combustible nuclear
gastado se pueden incrementar. Específicamente, en esta cuba (100),
se pueden acomodar 69 conjuntos de combustible nuclear gastado, y
el diámetro exterior de la cuba principal del casco (116) se puede
suprimir a 2560 mm, y el peso a 120 toneladas.
Se explica otro ejemplo del uso de tubos
cuadrados. La figura 13 es una vista en perspectiva que muestra un
estanque de combustible gastado para PWR. Este estanque de
combustible gastado (200) establece una pluralidad de tubos
cuadrados (1) fabricados en las realizaciones segunda a cuarta, y
tiene un casillero (202) soportada por placas de soporte (201) en
sus partes superior e inferior. El casillero (202) se instala en un
pozo de hormigón de acero reforzado (203), y el interior del pozo
(203) está forrado con chapa de acero inoxidable (204) para evitar
el escape de agua del pozo. El interior del pozo (203) está siempre
lleno de agua de ácido bórico. Como quiera que el estanque de
combustible gastado (200) está compuesto de tubos cuadrados (1), la
capacidad de absorción de neutrones es elevada y se asegura la
sanidad estructural. De allí que se evite con eficacia que los
conjuntos de combustible nuclear gastado alcancen la
criticalidad.
En la fabricación de material de compuesto de
aluminio en la primera realización se usó JISA6NO1 como polvo de
Al, y su tamaño medio de partículas era de 70 \mum. Como el
compuesto de B, se usó polvo de B_{4}C con el tamaño medio de
partículas de 9 \mum. El contenido de polvo B_{4}C era de un 5%
de peso. Las partículas de B_{4}C están dispersadas finamente en
la aleación de Al, y de allí que eviten el deslizamiento de
dislocación y se mejore la resistencia. Como el material en polvo
de la tercera partícula se usaron Al_{2}O_{3}r BN, SiC y
ZrB_{2}, el tamaño medio de las partículas y el contenido se
ajustaron del modo especificado a continuación.
| Material | Tamaño medio de partículas (\mum) | Contenido (% de masa) |
| Al_{2}O_{3} | 0,5 | 5 |
| Al_{2}O_{3} | 5 | 5 |
| Al_{2}O_{3} | 20 | 5 |
| Al_{2}O_{3} | 0,5 | 0,05 |
| Al_{2}O_{3} | 0,5 | 1 |
| Al_{2}O_{3} | 0,5 | 35 |
| SiC | 3 | 5 |
| BN | 3 | 5 |
| ZrB_{2} | 3 | 5 |
El proceso MA se llevó a cabo en las siguientes
condiciones. La figura 14 es un diagrama esquemático que muestra
una aleación de Al cuando se procesa el MA en las siguientes
condiciones. En el diagrama, el número de referencia (141) muestra
Al, (142) son partículas de B_{4}C, y (143) son terceras
partículas.
| Velocidad | Bola | Atmósfera |
| 300 r.p.m. | SUJ-2 3/8 pulgadas (17,5 kgf) | Ar (0,51/min) |
| Cantidad de polvo | Aditivo de laminación | Duración de MA |
| 600 g/lote | Etanol: 18 cc (30 cc/kg de polvo) | 0,5 Hr |
| 1,0 Hr | ||
| 10,0 Hr |
Por tanto se disolvió el polvo de aleación de Al
preparado en un 10% de ácido clorhídrico, y se filtraron y secaron
las partículas de B_{4}C y la tercera partícula no disueltas, y
se observó por microscopio electrónico, y se determinó el tamaño
medio de las partículas. Se muestran los resultados a
continuación.
| Material | Tamaño medio de las partículas (\mum) | Contenido (% de masa) | Tamaño medio de las partículas |
| después de MA (\mum) | |||
| Al_{2}O_{3} | 0,5 | 5 | 0,3 |
| Al_{2}O_{3} | 5 | 5 | 1 |
| Al_{2}O_{3} | 20 | 5 | 13 |
| Al_{2}O_{3} | 0,5 | 0,05 | 0,4 |
| Al_{2}O_{3} | 0,5 | 1 | 0,3 |
| Al_{2}O_{3} | 0,5 | 35 | 0,3 |
| SiC | 3 | 5 | 1 |
| BN | 3 | 5 | 0,8 |
| ZrB_{2} | 3 | 5 | 0,9 |
Usando el polvo de aleación de Al fabricado por
el proceso MA, se midieron la resistencia a la tensión y el
alargamiento de ruptura. Primero, el polvo MA se puso dentro de un
troquel de grafito, y en un estado evacuado, se puso bajo presión y
se sinterizó a una temperaturas de 500°C, y se fabricó un material
moldeado de 40 mm de diámetro y de 40 mm de altura. En sucesión, a
una tasa de extrusión de 25, se redujo el diámetro de 40 mm a 8 mm.
Como resultado, se obtuvo una pieza de prueba de barra. La pieza de
prueba se mantuvo a 200°C durante 100 horas, y se enfrió, y se
procesó la pieza de prueba en una forma adecuada para la prueba. La
resistencia a la tensión se llevó a cabo en la condición de
temperatura de 200°C. Los resultados de prueba se muestran
posteriormente. Las piezas de prueba 3, 4, 6, 10 se fabricaron como
ejemplos comparativos.
| N1 | Material | Tamaño medio | Contenido | Tamaño medio | Resistencia | Alargamiento |
| de las partículas | (% de masa) | de las partículas | a la tensión | de ruptura (%) | ||
| (\mum) | después de MA (\mum) | (MPa) | ||||
| 1 | Al_{2}O_{3} | 0,5 | 5 | 0,3 | 350 | 5 |
| 2 | Al_{2}O_{3} | 5 | 5 | 1 | 330 | 4 |
| 3 | Al_{2}O_{3} | 20 | 5 | 13 | 260 | 2 |
| 4 | Al_{2}O_{3} | 0,5 | 0,05 | 0,4 | 282 | 6 |
| 5 | Al_{2}O_{3} | 0,5 | 1 | 0,3 | 300 | 5,5 |
| 6 | Al_{2}O_{3} | 0,5 | 35 | 0,3 | 380 | 1 |
| 7 | SiC | 3 | 5 | 1 | 340 | 4 |
| 8 | BN | 3 | 5 | 0,8 | 320 | 5 |
| 9 | ZrB_{2} | 3 | 5 | 0,9 | 335 | 4,5 |
| 10 | Sin aditivo | - | - | - | 280 | 6 |
| N1 3, 4, 6, 10: ejemplos comparativos. |
Como resultado del experimento, todas las piezas
de prueba (1, 2, 5, 7, 8, 9) que añaden la tercera partícula
presentaban una elevada resistencia a la tensión de más de 300 MPa.
El alargamiento de ruptura también era favorable, siendo de un 4% o
más. Por contraste, en una pieza de prueba comparativa (3), el
tamaño medio de las partículas de la tercera partícula después de
MA era de 13 \mum, y en este caso, no solo no se obtuvo la
resistencia a la tensión suficientemente, sino que también el valor
era inferior a la de la pieza de prueba (10) que no añadía la
tercera partícula. El alargamiento de ruptura de la pieza de prueba
(3) era de alrededor de un 2%, y no se obtuvo un valor suficiente.
En la pieza de prueba 4, el contenido de la tercera partícula era
de 0,05% de peso, pero en comparación con la pieza de prueba (10)
que no añadía la tercera partícula, ni la resistencia a la tensión
ni el alargamiento de ruptura no cambiaron notablemente. En la
pieza de prueba (6), como quiera que el contenido de la tercera
partícula era de un 35% de peso, se obtuvo una resistencia a la
tensión suficiente, pero el alargamiento de ruptura era bajo
1%.
De allí que en cuanto a la tercera partícula, la
partícula B_{4}C parece tener un efecto de promover el
rendimiento de supresión de deslizamiento, y por la definición del
contenido en una gama de un 0,1% de peso a un 30% de peso o menos,
el tamaño medio de las partículas de la tercera partícula en la
matriz de Al en una gama de 0,01 \mum 0 más a 10 \mum o menos,
se ha sabido que la resistencia y el alargamiento de ruptura se
pueden mejorar. A parte de esto, en lugar del óxido (piezas de
prueba 1, 2, 5), por el uso de carburo (pieza de prueba (7)),
nitruro (pieza de prueba (8)) o boruro (pieza de prueba (9)) como
la tercera partícula, también se sabe que la resistencia y el
alargamiento de ruptura se pueden mejorar.
Del modo explicado en este documento, en el polvo
de compuesto de aluminio de la invención como la primera
realización, por el empleo de una aleación mecánica, como quiera
que el absorbedor de neutrones y la tercera partícula se dispersan
en la matriz de aluminio, se puede incrementar la resistencia del
material. En particular, se obtienen efectos favorables cuando el
contenido de la tercera partícula dispersada es de un 0,1% de peso
o más hasta un 30% de peso o menos. Además, cuando se añade la
tercera partícula de modo que el tamaño medio de las partículas de
la tercera partícula en la matriz de aluminio puede ser de 0,01
\mum o más a 10 \mum o menos, se obtienen más efectos
preferibles.
En sucesión, en el polvo del compuesto de
aluminio, se prefiere que el contenido del absorbedor de neutrones
sea un 1% de peso o más a un 20% de peso o menos, y también se
prefiere que el tamaño medio de las partículas del polvo del
absorbedor de neutrones a añadir sea de 0,01 \mum o más a 100
\mum o menos. Como resultado, se obtiene la tenacidad requerida y
se puede evitar una reducción de la resistencia.
En el método de fabricación del polvo de
compuesto de aluminio de la invención por la adición de un
absorbedor de neutrones al polvo de aluminio y también la adición
de una tercera partícula tal como óxido, ya que el absorbedor de
neutrones y la tercera partícula se dispersan de modo uniforme en
la matriz de Al por la aleación mecánica de estos materiales en
polvo, se obtiene una resistencia muy grande.
También en el método de fabricación del polvo de
compuesto de aluminio de la invención por la formación de una
película de óxido sobre la superficie del polvo de aluminio y una
aleación mecánica, la película de óxido se separa y se pulveriza, y
se dispersa en la matriz de aluminio. Por tanto, ahorra la labor de
la fabricación de la tercera partícula o el paso de añadir la
tercera partícula, de modo que el polvo de compuesto de aluminio se
puede fabricar fácilmente.
En el material de compuesto de aluminio de la
invención como la octava realización, como quiera que el absorbedor
de neutrones y el tercer elemento compuesto de óxido, nitruro,
carburo o boruro están contenidos en la matriz de aluminio de
sinterización, se obtiene un material de compuesto con una elevada
resistencia. En particular, el contenido de la tercera partícula es
de un 0,1% de peso o más hasta un 30% de peso o menos, de modo que
se obtiene un resultado favorable, y cuando su tamaño medio de
partículas es de 0,01 \mum o más a 10 \mum o menos, se obtendrá
otro resultado favorable.
Además, en el material de compuesto de aluminio,
cuando el contenido de absorbedor de neutrones es de un 1% de peso
o más a un 20% de peso o menos, y el tamaño medio de las partículas
del polvo del absorbedor de neutrones a añadir es de 0,01 \mum o
más a 100 \mum o menos, se obtiene una tenacidad requerida, y se
puede evitar una reducción de la resistencia.
En el método de fabricación del miembro de
almacenaje de combustible gastado de la invención, por la mezcla de
polvo de aluminio, de polvo de absorbedor de neutrones, y la
tercera partícula, y la formación previa del polvo mezclado, este
material preformado se sinteriza después del enlatado. Como
resultado, se fabrica el miembro de almacenaje de combustible
gastado de alta calidad y de alta resistencia. Además, cuando el
proceso de sinterizado se lleva a cabo por el prensado en caliente
o HIP, se fabrica el miembro de almacenaje de combustible gastado
de una calidad más elevada o de una resistencia más elevada.
En el método de fabricación del miembro de
almacenaje de combustible gastado de la invención, ya que se lleva
a cabo el sinterizado atmosférico o el sinterizado al vacío por
omisión del enlatado, no se requiere el mecanizado tal como
esmerilado del exterior, y se simplifica el proceso de fabricación.
Como resultado, el miembro de almacenaje de combustible gastado se
puede fabricar a un coste muy bajo. También, por conducción del
proceso de sinterizado por prensado en caliente al vacío, se puede
fabricar el miembro de almacenaje de combustible gastado de alta
calidad y barato.
En el método de fabricación del miembro de
almacenaje de combustible gastado de la invención, ya que se
sinteriza el material preformado por descarga, el proceso de
sinterización se acaba en un breve plazo. Correspondientemente, se
puede mejorar la eficacia de fabricación. A parte que cuando el
proceso de sinterización de descarga se lleva a cabo por la
sinterización de plasma de descarga, se mejora el proceso de
sinterización y los lingotes de alta calidad se obtienen a un coste
más bajo.
También en el método de fabricación del miembro
de almacenaje de combustible gastado de la invención por extrusión
de los lingotes fabricados en el proceso arriba indicado, se pueden
fabricar fácilmente tubos cuadrados o barras como miembros de
almacenaje de combustible gastado.
En el método de fabricación del miembro de
almacenaje de combustible gastado de la invención como el aspecto
veintiuno, por aleación mecánica, el absorbedor de neutrones
pulverizado y la tercera partícula se amasan y se dispersan en el
polvo de aluminio. De allí que se evite la agregación en la
sinterización y la composición del miembro de almacenaje de
combustible gastado fabricado por este método sea homogéneo y se
mejore la resistencia mecánica.
Claims (11)
1. Un método de fabricación de polvo de compuesto
de aluminio que consta de los pasos de:
- -
- la mezcla del polvo de aluminio como material de matriz, el absorbedor de neutrones y la tercera partícula, la mencionada tercera partícula es diferente del absorbedor de neutrones y se compone de óxido, nitruro, carburo o boruro, el contenido del absorbedor de neutrones es de un 1% de peso o mas a un 20% de peso o menos y el tamaño medio de las partículas del absorbedor de neutrones es de 0,01 \mum o más a 100 \mum o menos, y el contenido de la tercera partícula es de un 0,1% de peso o más a un 30% de peso o menos y el tamaño medio de las partículas de la tercera partícula en la matriz de aluminio es de 0,01 \mum o más a 10 \mum o menos, y
- -
- la dispersión del absorbedor de neutrones pulverizado y de la tercera partícula en la matriz de aluminio por aleación mecánica del polvo mezclado.
2. El método de fabricación del polvo de
compuesto de aluminio de acuerdo con la reivindicación 1 que
consta además de los pasos de:
- la formación de una película de óxido de modo preliminar en la superficie del polvo de aluminio, y
- la mezcla de la película de óxido formado en la superficie del polvo de aluminio como el óxido dentro del polvo de compuesto por aleación mecánica.
3. Un método de fabricación para la fabricación
de un miembro que se ha de usar en el almacenaje del combustible
gastado, que consta de los pasos de:
- -
- la fabricación de un polvo de compuesto de aluminio de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2; y
- -
- la sinterización del mencionado polvo de compuesto de aluminio.
4. Un método de fabricación de un miembro de
almacenaje de combustible gastado de acuerdo con la reivindicación
3, en el cual el paso de sinterización se lleva a cabo por
sinterización atmosférica, o sinterización al vacío del polvo
mezclado.
5. Un método de fabricación de un miembro de
almacenaje de combustible gastado de acuerdo con la reivindicación
3, en el cual el paso de sinterización se lleva a cabo por prensado
en caliente al vacío.
6. Un método de fabricación para la fabricación
de un miembro que se ha de usar en el almacenaje del combustible
gastado, que consta de los pasos de:
- -
- la fabricación de un polvo de compuesto de aluminio de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2;
- -
- la formación previa del mencionado polvo de compuesto de aluminio en un material preformado;
- -
- el enlatado del material preformado; y
- -
- la sinterización del material preformado enlatado.
7. El método de fabricación de un miembro de
almacenaje de combustible gastado de acuerdo con la reivindicación
6, en el cual el paso de sinterización se lleva a cabo por prensado
en caliente o por prensado isostático en caliente.
8. Un método de fabricación para la fabricación
de un miembro que se ha de usar en el almacenaje de combustible
gastado, que consta de los pasos de:
- -
- la fabricación de un polvo de compuesto de aluminio de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2;
- -
- la formación previa del mencionado polvo de compuesto de aluminio en un material preformado por prensado isostático en frío; y
- -
- el sinterizado por descarga del material preformado.
9. El método de fabricación de un miembro de
almacenaje de combustible gastado de acuerdo con la reivindicación
8, en el cual el proceso de sinterización de descarga se lleva a
cabo por sinterizado de plasma de descarga.
10. El método de fabricación de un miembro de
almacenaje de combustible gastado de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones de 3 a 9 que además consta del paso de la
formación de un tubo cuadrado o un material en chapa para la
composición de un tubo cuadrado por formación por extrusión.
11. El método de fabricación de un miembro de
almacenaje de combustible gastado de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones de 3 a 9 que además consta del paso de la
formación de una barra que se ha de insertar dentro de un tubo guía
de combustible gastado por formación por extrusión.
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