一種散裂中子源用固體靶片及其製備方法
2023-09-17 17:02:40 2
一種散裂中子源用固體靶片及其製備方法
【專利摘要】本發明提供一種散裂中子源用固體靶片及其製備方法，用以增強靶片中鉭和鎢的連接強度，提高靶片的壽命。其中，一種散裂中子源用固體靶片的製備方法，包括：清洗待焊接的鎢塊與鉭板；將所述鉭板緊貼所述鎢塊的六個面，形成內裝鎢塊的鉭盒；密封焊接所述鉭盒；將密封焊接後的鉭盒放入熱等靜壓爐內進行熱等靜壓後取出，得到靶片。本發明提供的散裂中子源用固體靶片的製備方法不引入其它過渡金屬，直接大面積擴散連接鉭板與鎢塊，使製得的靶片中鉭鎢之間達到冶金結合，結合強度高，鉭塗層緻密，增強了靶片的抗衝刷腐蝕性能，提高了靶片壽命。
【專利說明】—種散裂中子源用固體靶片及其製備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及金屬焊接【技術領域】，特別涉及一種散裂中子源用固體靶片及其製備方法。
【背景技術】
[0002]中國散裂中子源採用金屬鎢作為靶材，高能質子轟擊鎢塊產生中子的同時，會產生大量熱，為了高效穩定運行，需要冷卻鎢靶片。但是，在強輻照和水流衝涮下，鎢塊會開裂，影響鎢靶片的壽命。為了增強鎢靶片的抗衝刷腐蝕性能，需要在鎢塊六麵包覆一層抗腐蝕性強，原子序數高的金屬鉭。
[0003]由於鉭鎢都是高熔點金屬，而且鎢塊與鉭板涉及的是面與面的焊接，增大了焊接難度，常規的焊接無法滿足要求。
[0004]現有的鎢鉭焊接方法是通過在鎢塊與鉭板之間通過一種過渡性金屬，如鎳合金，採用釺焊的方法焊接，但是這種焊接方法需要引入過渡合金。另外還有在鎢塊表面等離子噴塗鉭的方法，但是獲得的鉭塗層不夠緻密，鉭塗層與鎢的連接強度不高。
【發明內容】
[0005]在下文中給出關於本發明的簡要概述，以便提供關於本發明的某些方面的基本理解。應當理解，這個概述並不是關於本發明的窮舉性概述。它並不是意圖確定本發明的關鍵或重要部分，也不是意圖限定本發明的範圍。其目的僅僅是以簡化的形式給出某些概念，以此作為稍後論述的更詳細描述的前序。
[0006]本發明提供一種散裂中子源用固體靶片及其製備方法，用以增強靶片中鉭和鎢的連接強度，提高靶片的壽命。
[0007]本發明提供了一種散裂中子源用固體靶片的製備方法，包括:
[0008]清洗待焊接的鎢塊與鉭板；
[0009]將所述鉭板緊貼所述鎢塊的六個面，形成內裝鎢塊的鉭盒；
[0010]密封焊接所述鉭盒；
[0011]將密封焊接後的鉭盒放入熱等靜壓爐內進行熱等靜壓後取出，得到靶片。
[0012]與現有技術相比，本發明包括以下優點:
[0013]由於本發明提供的散裂中子源用固體靶片的製備方法不引入其它過渡金屬，直接大面積擴散連接鉭板與鎢塊，使製得的靶片中鉭鎢之間達到冶金結合，結合強度高，鉭塗層緻密，增強了靶片的抗衝刷腐蝕性能，提高了靶片壽命。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0015]圖1為本發明實施例一提供的一種散裂中子源用固體靶片的製備方法的流程圖；
[0016]圖2為本發明實施例提供的一種散裂中子源用固體靶片的製備方法的裝配工藝圖；
[0017]圖3為本發明實施例提供的靶片的鉭鎢界面金相圖；
[0018]圖4為本發明實施例二提供的一種散裂中子源用固體靶片的製備方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0019]為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。在本發明的一個附圖或一種實施方式中描述的元素和特徵可以與一個或更多個其它附圖或實施方式中示出的元素和特徵相結合。應當注意，為了清楚的目的，附圖和說明中省略了與本發明無關的、本領域普通技術人員已知的部件和處理的表示和描述。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有付出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
[0020]實施例一:
[0021]參照圖1，是本發明實施例提供的一種散裂中子源用固體靶片的製備方法的流程圖，本實施例具體可以包括以下步驟:
[0022]步驟100，清洗待焊接的鎢塊與鉭板。在進行焊接之前，將待焊接的鎢塊與鉭板的表面進行清洗，目的是為了讓鎢塊與鉭板的表面潔淨，為後續的焊接做好準備。保持待焊接的鎢塊與鉭板表面的潔淨，可以提高焊接的質量，使焊接後的鎢塊與鉭板更加貼合。
[0023]在本發明的一種優選實施例中，可以用弱酸清洗所述待焊接的鎢塊與鉭板的表面，清洗完後再次用丙酮超聲，然後乾燥。
[0024]在本發明的一種優選實施例中，待焊接的鎢塊密度為18.7^/01113以上，且表面拋光；待焊接的鉭板為根據所述鎢塊每個面大小，加工出的0.4皿一 2皿厚的高純鉭板六塊。
[0025]步驟101，將所述鉭板緊貼所述鎢塊的六個面，形成內裝鎢塊的鉭盒。待焊接的鉭板是根據待焊接的鎢塊的每個面的大小，加工出來的，因此可以與鎢塊的六個面大小一致，如圖2所示，將待焊接的鉭板10緊貼待焊接的鎢塊11的六個面，待焊接的鉭板構成的鉭盒是一個類似火柴盒的結構，鉭盒內是鎢塊。
[0026]步驟102，密封焊接所述鉭盒。密封焊接步驟101中得到的內裝鎢塊的鉭盒，即焊接構成鉭盒的鉭板與鉭板之間的接觸位置，使鉭盒形成一個密閉的空間，將鎢塊包裹在其中。
[0027]在本發明的一種優選實施例中，在步驟102密封焊接所述鉭盒之前，還包括:將所述鉭盒與鎢塊之間抽成具有預設真空度的真空。優選的，預設真空度可以為10 —5？?將鉭盒與鎢塊之間的真空度保持在10 —5？3以上。在本發明的另一種優選實施例中，所述密封焊接所述鉭盒，包括:採用高能電子束密封焊接所述鉭盒的鉭板與鉭板。在採用高能電子束焊接時，需要將鉭盒與鎢塊之間抽成真空。需要說明的是，高能電子一般指的是通過直線同步加速器，加速到￠67量級的電子束。將鉭盒與鎢塊之間抽成真空，使得外界大氣壓遠大於鉭盒與鎢塊之間的壓力，從而在鉭盒與鎢塊表面形成較大的壓力，進而拉近了鉭盒與鎢塊之間距離，有利於鉭原子與鎢原子之間相互擴散，使兩種金屬達到冶金結合。
[0028]在本發明的另一種優選實施例中，在步驟102密封焊接所述鉭盒之後，還包括:通過氦質譜檢漏儀對密封焊接後的鉭盒進行檢漏，確認所述鉭盒密封焊接是否完整；若密封焊接不完整，則對所述鉭盒重新進行密封焊接；若密封焊接完整，則將密封焊接後的鉭盒放入熱等靜壓爐內進行熱等靜壓。
[0029]步驟103，將密封焊接後的鉭盒放入熱等靜壓爐內進行熱等靜壓後取出，得到靶片。需要說明的是，熱等靜壓0101: 18081:81:10即6881118，犯？)是一種集高溫、高壓於一體的工藝生產技術，加熱溫度通常為1000?20001，通過以密閉容器中的高壓惰性氣體或氮氣為傳壓介質，工作壓力可達2001？3。在高溫高壓的共同作用下，被加工件的各向均衡受壓。故加工產品的緻密度高、均勻性好、性能優異。同時該技術具有生產周期短、工序少、能耗低、材料損耗小等特點。
[0030]將步驟102中焊接後的鉭盒放入熱等靜壓爐內進行熱等靜壓。
[0031]在本發明的一種優選實施例中，將焊接後的鉭盒放入熱等靜壓爐內進行熱等靜壓，具體可以包括以下子步驟:
[0032]子步驟1，將熱等靜壓爐用氬氣洗爐兩遍，並衝入氬氣；
[0033]子步驟2，將熱等靜壓爐加熱到1500 — 2000度，爐內氣壓保持在100 — 2001？3，保溫2 — 4小時。具體可以先以15度/分鐘的升溫速率，加熱到900度，然後再以10度/分鐘的升溫速率，從900度加熱到1500度。需要說明的是，高溫可以加速鉭與鎢的原子運動，有利於鉭與鎢進行冶金結合。
[0034]在本發明的一種優選實施例中，所述將焊接後的鉭盒放入熱等靜壓爐內進行熱等靜壓之前，還包括:在所述焊接後的鉭盒表面包裹鉭箔。在鉭盒表面包裹的鉭箔可作為吸氣材料。
[0035]本實施例提供的一種散裂中子源用固體靶片的製備方法，通過將鉭板緊貼鎢塊的六個面，形成內裝鎢塊的鉭盒，然後密封焊接所述鉭盒，最後將焊接後的鉭盒放入熱等靜壓爐內進行熱等靜壓後取出，得到靶片，本實施例得到的靶片可以將鎢塊與鉭板很好地焊接到一起，提高了靶片中鉭和鎢的連接強度，提高了靶片的壽命。通過本實施例提供的散裂中子源用固體靶片的製備方法，製得的靶片的鉭鎢界面金相圖如圖3所示，由圖3可以看出，得到的靶片的鉭鎢界面很好，鉭鎢元素相互擴散，形成一定厚度的擴散層，鉭鎢焊接處形成冶金結合，因此採用本實施例提供的散裂中子源用固體靶片的製備方法，所得到的靶片中鉭和鎢的連接強度較好。並且，本實施例提供的散裂中子源用固體靶片的製備方法製得的靶片可作為散裂中子源的靶材，由於本實施例的散裂中子源用固體靶片的製備方法不引入其它過渡金屬，直接大面積擴散連接鉭板與鎢塊，使製得的靶片中鉭鎢之間達到冶金結合，結合強度高，增強了靶片的抗衝刷腐蝕性能。
[0036]實施例二:
[0037]參照圖4，是本發明實施例提供的一種散裂中子源用固體靶片的製備方法的流程圖，本實施例具體可以包括以下步驟:
[0038]步驟200，選擇燒結成型後鍛造的大小為170*70*25111111，密度達到18.78八1113，表面拋光的鎢塊，作為待焊接的鎢塊。
[0039]步驟201，根據所述待焊接的鎢塊每個面大小，加工出厚度0.4 — 2皿厚高純鉭板六塊，作為待焊接的鉭板。需要說明的是，鉭板的厚度越薄，後熱越小，因此在加工條件允許的情況下，可以儘可能加工厚度較薄的鉭板。
[0040]步驟202，將所述鎢塊和鉭板的表面用弱酸清洗，清潔然後乾燥。該步驟的目的是為了讓鎢塊和鉭板的表面潔淨。
[0041]步驟203，將所述鉭板緊貼所述鎢塊的六個面，形成內裝鎢塊的鉭盒。因為六塊鉭板是根據鎢塊每個面大小進行加工得到的，所以將六塊鉭板分別與鎢塊的六個面緊貼，可以大小恰好貼合，緊貼在鎢塊的六個面的六塊鉭板形成鉭盒。
[0042]步驟204，將所述鉭盒與鎢塊之間抽成真空。該步驟是為了鉭盒密封之前，使鉭盒與鎢塊之間是真空狀態，可以保持真空度在10 —5？3以上。
[0043]步驟205，採用高能電子束密封焊接所述鉭盒的鉭板與鉭板。鉭盒是由六塊鉭板形成的，鉭板與鉭板之間有接縫，採用高能電子束焊接鉭盒的鉭板與鉭板之間的接縫，將鉭板與鉭板焊接到一起，可以得到密封的鉭盒。
[0044]步驟206，檢漏，確認所述鉭盒密封焊接完整。在對焊接後的鉭盒進行熱等靜壓之前，需要確保鉭盒密封焊接好，鉭板與鉭板之間沒有縫隙。
[0045]步驟207，在所述焊接後的鉭盒表面包裹鉭箔。將焊接好的鉭盒(內鎢塊)表面包裹鉭箔數層，鉭箔作為吸氣材料。
[0046]步驟208，將密封焊接後的鉭盒放入熱等靜壓爐內進行熱等靜壓後取出，得到靶片。在進行熱等靜壓前，熱等靜壓爐內用氬氣洗爐兩遍，然後衝入氬氣。加熱時，以巧度/分鐘的升溫速率加熱到900度後，再以10度/分鐘的升溫速率加熱到1500度，爐內氣壓保持在2001？3，然後保溫2小時。本實施例中熱等靜壓的參數:溫度1500度，壓力2001？^！和保溫時間2小時是關鍵參數。
[0047]採用本實施例提供的散裂中子源用固體靶片的製備方法，製得的靶片中鉭鎢的連接強度較高。
[0048]需要說明的是，本發明還提供一種散裂中子源用固體靶片，可以採用實施例一或實施例二任一所述的散裂中子源用固體靶片的製備方法製得。本發明製得的散裂中子源用固體靶片，不引入其它過渡金屬，直接大面積擴散連接鉭板與鎢塊，使製得的靶片中鉭鎢之間達到冶金結合，結合強度高，鉭塗層緻密，不存在【背景技術】提及的塗層工藝缺陷，抗衝刷腐蝕性能強，提高了靶片壽命。
[0049]在本發明上述各實施例中，實施例的序號和/或先後順序僅僅便於描述，不代表實施例的優劣。對各個實施例的描述都各有側重，某個實施例中沒有詳述的部分，可以參見其他實施例的相關描述。
[0050]本領域普通技術人員可以理解:實現上述方法實施例的全部或部分步驟可以通過程序指令相關的硬體來完成，前述的程序可以存儲於一計算機可讀取存儲介質中，該程序在執行時，執行包括上述方法實施例的步驟；而前述的存儲介質包括:只讀存儲器(尺68(1-01117 161110，簡稱 001〉、隨機存取存儲器^00688 1611101~7，簡稱狀⑷、磁碟或者光碟等各種可以存儲程序代碼的介質。
[0051]在本發明的裝置和方法等實施例中，顯然，各部件或各步驟是可以分解、組合和/或分解後重新組合的。這些分解和/或重新組合應視為本發明的等效方案。同時，在上面對本發明具體實施例的描述中，針對一種實施方式描述和/或示出的特徵可以以相同或類似的方式在一個或更多個其它實施方式中使用，與其它實施方式中的特徵相組合，或替代其它實施方式中的特徵。
[0052]應該強調，術語「包括/包含」在本文使用時指特徵、要素、步驟或組件的存在，但並不排除一個或更多個其它特徵、要素、步驟或組件的存在或附加。
[0053]最後應說明的是:雖然以上已經詳細說明了本發明及其優點，但是應當理解在不超出由所附的權利要求所限定的本發明的精神和範圍的情況下可以進行各種改變、替代和變換。而且，本發明的範圍不僅限於說明書所描述的過程、設備、手段、方法和步驟的具體實施例。本領域內的普通技術人員從本發明的公開內容將容易理解，根據本發明可以使用執行與在此所述的相應實施例基本相同的功能或者獲得與其基本相同的結果的、現有和將來要被開發的過程、設備、手段、方法或者步驟。因此，所附的權利要求旨在在它們的範圍內包括這樣的過程、設備、手段、方法或者步驟。
【權利要求】
1.一種散裂中子源用固體靶片的製備方法，其特徵在於，包括: 清洗待焊接的鎢塊與鉭板； 將所述鉭板緊貼所述鎢塊的六個面，形成內裝鎢塊的鉭盒； 密封焊接所述鉭盒； 將密封焊接後的鉭盒放入熱等靜壓爐內進行熱等靜壓後取出，得到靶片。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述清洗待焊接的鎢塊與鉭板，包括: 用弱酸清洗所述待焊接的鎢塊與鉭板的表面，清洗完後再次用丙酮超聲，然後乾燥。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述密封焊接所述鉭盒之前，還包括: 將所述鉭盒與鎢塊之間抽成具有預設真空度的真空。
4.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述密封焊接所述鉭盒，包括: 採用高能電子束密封焊接所述鉭盒的鉭板與鉭板。
5.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述將焊接後的鉭盒放入熱等靜壓爐內進行熱等靜壓之前，還包括: 在所述焊接後的鉭盒表面包裹鉭箔。
6.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，將焊接後的鉭盒放入熱等靜壓爐內進行熱等靜壓，包括: 將熱等靜壓爐用氬氣洗爐兩遍，並衝入氬氣； 將熱等靜壓爐加熱到1500 - 2000度，爐內氣壓保持在100 - 200MPa，保溫2 — 4小時。
7.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於，所述將熱等靜壓爐加熱到1500度，包括: 以15度/分鐘的升溫速率，加熱到900度； 以10度/分鐘的升溫速率，從900度加熱到1500度。
8.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於: 所述待焊接的鎢塊密度為18.7g/cm3以上，且表面拋光； 所述待焊接的鉭板為根據所述鎢塊每個面大小，加工出的0.4mm - 2mm厚的高純鉭板六塊。
9.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述密封焊接所述鉭盒之後，還包括: 通過氦質譜檢漏儀對密封焊接後的鉭盒進行檢漏，確認所述鉭盒密封焊接是否完整； 若密封焊接不完整，則對所述鉭盒重新進行密封焊接； 若密封焊接完整，則將密封焊接後的鉭盒放入熱等靜壓爐內進行熱等靜壓。
10.一種散裂中子源用固體靶片，其特徵在於，採用如權利要求1-9任一所述的散裂中子源用固體靶片的製備方法製得。
【文檔編號】H05H6/00GK104470189SQ201310612833
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2013年11月27日 優先權日:2013年11月27日
【發明者】紀全, 魏少紅, 張銳強, 賈學軍 申請人:中國科學院高能物理研究所