专利名称:一种钴芯块的成型模具及其制备工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于核燃料的制造设备及其制备工艺，具体涉及核燃料芯块的成型模具及
其制备工艺。
技术背景
用烧结钴芯块组装的钴-59调节棒，经辐照后成为钴-60棒，可作为工业源和医用 源。目前用挤压和铸造工艺制造出的钴-59块、棒，由于在挤压前粉料中要加入大量的粘接 剂，烧结后在钴棒内部会形成大的气孔和表面裂纹；而且由于挤压棒的密度较低，烧结后钴 棒变形严重，加工量大，原料利用率低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能有效提高钴压块密度、减少其烧结收縮率、保证烧
结后不变形的钴芯块的成型模具；另一个目是提供这种钴芯块的制备工艺。
—种钴芯块的成型模具，它主要是由橡胶模与钢模组合成的组合模具，其特征在
于在上下贯通的钢模腔体内部，装置有孔洞上下贯通、其外壁与钢模腔体内壁相接触的多
孔橡胶模，橡胶模各孔洞内用以填装经过预处理的钴粉，各孔洞的顶部与底部开口部位分
别装置防止钴粉散漏传递压力的上、下塞块，在装有上下塞块的橡胶模的顶面与底面上分
别装有上、下缓冲垫，在两个缓冲垫的顶面与底面上装置有外壁与钢模内壁接触配合的上、
下模冲，并在下模冲底部安装承压座；此外，在钢模的底部设置有支撑钢模、套装与保护下
模冲与承压座的脱模座。
本发明所述的钴芯块制备工艺步骤如下
第一步取百份重量的钴粉和钴粉重量0. 2% 0. 3%用作添加剂的聚乙烯醇，然 后将聚乙烯醇溶解于去离子水中，接着将聚乙烯醇水溶液与钴粉混合均匀拌成湿粉末；
第二步将混合均匀的湿粉末装入真空烘箱，在80 IO(TC下烘烤20 25个小 时将粉末烘干；
第三步用12 15MPa的压力，把烘干的粉末压制成块，然后将该钴块粉碎制成粒 度小于0. 18mm的钴粉；
第四步将第三步制出的含有聚乙烯醇的钴粉，装到本发明模具中橡胶模的各孔 洞中，装粉量为10 13g，压机加压至成型压力5 6X 1()8Pa，制成高度为30 32mm，直径 为8. 30 8. 40mm的压块，在H2气氛中和1200 1300。C下，保温烧结压块2 3小时得到 烧结钴块；
第五步对烧结钴块进行酸洗、碱洗，然后进行镀镍处理，使钴块表面镍层的厚度 达到8 10 ii m，即得到本发明所述的钴芯块。
本发明模具的操作方法如下
使用时，先依序安装承压座、下模冲、下缓冲垫，再套装脱模座，然后把钢模放置在 脱模座上，将装有下塞块的橡胶模装到钢模腔体内，将经过上述第一至第三步工艺处理的
3定量钴粉装入橡胶模的孔洞内，装好上塞块，在橡胶模顶放置上缓冲垫，最后将上模冲装入
钢模加盖到上缓冲垫上，然后启动压机加压，作用于上模冲向下施压，橡胶模受压体积收
縮，从各个方向向内压縮粉末，达到冷等静压的效果；压制完毕后，取走脱模座和承压座，把
下模冲、橡胶模顶出钢模内腔，橡胶模回弹，使钴芯块和橡胶模自动分离。
本发明的优点在于采用了由钢模和橡胶模构成的组合模具，这种模具在结构上
的突出优点是①由于容装压制钴料的橡胶模是被固定在钢模腔体内，压制时橡胶模受压
体积收縮，使钴料在各个方向上受压均匀，导致压块密度不但高而且均匀，而且烧结后的钴
块不变形，因而减少了加工余量，提高了钴料的利用率；②由于在橡胶模和上、下模冲之间
设置了橡胶缓冲垫，它克服了脱模时由于橡胶模回弹速度过快，而导致钴块损坏率高的严
重缺点，因而大大提高了成型钴芯块的成品率。
图1是本发明钴芯块成型模具结构示意图。
图中标记1为上模冲，2为上缓冲垫，3为上塞块，4为橡胶模，5为钢模，6为下塞 块，7为下缓冲垫，8为下模冲，9为橡胶模的装料孔洞，10为脱模座，11为承压座。
具体实施方式
—种钴芯块的成型模具，它主要是由橡胶模4与钢模5组合成的组合模具；在上下 贯通的钢模5腔体内部，装有外壁与钢模腔体内壁接触，并具有11个孔洞的橡胶模4 ;该橡 胶模4上的孔洞9上下贯通，橡胶模4各孔洞9内用以填装经过预处理的钴粉；各孔洞9的 顶部与底部开口部位，分别设置防止钴粉散漏、传递压力的上塞块3和下塞块6 ;在装有上 塞块3和下塞块6的橡胶模4的顶面与底面上，分别装有上缓冲垫2和下缓冲垫7 ;在这两
个缓冲垫的顶面与底面上，设置有外壁与钢模腔体内壁接触配合的上模冲1和下模冲8 ;在
下模冲8的底部安装有承压座11 ;在钢模5的底部设置有支撑钢模5、套装与保护下模冲8 和承压座11的脱模座10。
使用时，先依序安装承压座11、下模冲8、下缓冲垫7，再套装脱模座IO，然后把钢 模5放置在脱模座10上，将装有下塞块6的橡胶模4装到钢模5腔体内，将经过钴芯块制 备工艺前三步处理的定量钴粉装入橡胶模4的孔洞9内，装好上塞块3，在橡胶模4顶放置 上缓冲垫2，最后将上模冲1装入钢模5加盖到上缓冲垫2上，然后启动压机加压，作用于 上模冲1向下施压，橡胶模4受压体积收縮，从各个方向向内压縮孔洞9中的钴粉末，达到 冷等静压的效果；压制完毕后，取走脱模座IO和承压座11，把下模冲8、橡胶模4顶出钢模 5的内腔，橡胶模4回弹，使钴芯块和橡胶模4自动分离。 下面通过具体实例说明钴芯块制备的工艺过程 实施例一
第一步取主料钴粉100克和添加剂聚乙烯醇0. 2克，然后将聚乙烯醇溶解于 50mL去离子水中，接着将聚乙烯醇水溶液与钴粉混合均匀拌成湿粉末；
第二步将混合均匀的湿粉末装入真空烘箱，在8(TC下烘烤20个小时将粉末烘 干，使其过40目筛网，得到粒度小于0. 45mm的干粉；
第三步用12MPa的压力把烘干的粉末压制成块，然后将该钴块粉碎，过80目筛网，得到粒度小于0. 18mm的钴粉；
第四步从筛选而得到粒度小于O. 18mm含有聚乙烯醇的钴粉，即成为压制成型钴芯块的物料；将该物料装到本发明模具中橡胶模4的11个孔洞9中，每个孔洞装填的物料量为10克，压机加压至成型压力5 6Xl()8pa，制成高度为30mm，直径为8. 30mm的压块，在H2气氛中和120(TC下，保温烧结压块2小时，得到烧结钴块；
第五步对烧结钴块进行酸洗、碱洗，然后进行镀镍处理，使钴块表面上镍层的厚度达到8 ii m，即得到本发明所述的钴芯块。[0025] 实施例二
第一步取主料钴粉100克和添加剂聚乙烯醇0. 2克，然后将聚乙烯醇溶解于55mL去离子水中，接着将聚乙烯醇水溶液与钴粉混合均匀拌成湿粉末；[0027]
第二步将混合均匀的湿粉末装入真空烘箱，在9(TC下烘烤23个小时将粉末烘干，使其过40目筛网，得到粒度小于0. 45mm的干粉；
第三步用13MPa的压力把烘干的粉末压制成块，然后将该钴块粉碎，过80目选筛网，得到粒度小于0. 18mm的钴粉；
第四步从筛选而得到粒度小于O. 18mm含有聚乙烯醇的钴粉，即成为压制成型钴芯块的物料；将该物料装到本发明模具中橡胶模4的11个孔洞9中，每个孔洞装填的物料量为12克，压机加压至成型压力5 6Xl()8pa，制成高度为31mm，直径为8. 35mm的压块，在H2气氛中和125(TC下，保温烧结压块2. 5小时，得到烧结钴块；
第五步对烧结钴块进行酸洗、碱洗，然后进行镀镍处理，使钴块表面上镍层的厚度达到9 ii m，即得到本发明所述的钴芯块。[0031] 实施例三
第一步取主料钴粉100克和添加剂聚乙烯醇0. 3克，然后将聚乙烯醇溶解于60mL去离子水中，接着将聚乙烯醇水溶液与钴粉混合均匀伴成湿粉末；[0033]
第二步将混合均匀的湿粉末装入真空烘箱，在IO(TC下烘烤25个小时将粉末烘干，使其过40目筛选出粒度小于0. 45mm的干粉；
第三步用15MPa的压力把烘干的粉末压制成块，然后将该钴块粉碎，过80目筛网，得到粒度小于0. 18mm的钴粉；
第四步从筛选而得到的粒度小于O. 18mm含有聚乙烯醇的钴粉，即成为压制成型钴芯块的物料；将该物料装到本发明模具中橡胶模4的11个孔洞9中，每个孔洞装填的物料量为13克，压机加压至成型压力5 6 X 108Pa，制成高度为32mm，直径为8. 40mm的压块，在H2气氛中和130(TC下，保温烧结压块3小时，得到烧结钴块；
第五步对烧结钴块进行酸洗、碱洗，然后进行镀镍处理，使钴块表面上镍层的厚度达到10 ii m，即得到本发明所述的钴芯块。
经本发明的工艺和模具制备的烧结钴块，密度达到8.70g/cm 为理论密度(8. 8g/cm3)的99%，开口孔<0. 1X，烧结钴块平均晶粒8.4iim，气孔分布均匀，小于10iim，镀镍层厚度为8 10 ii m，满足使用要求。
5
权利要求
一种钴芯块的成型模具，它主要是由橡胶模与钢模组合而成，其特征在于在上下贯通的钢模(5)腔体内部，装置有孔洞上下贯通、其外壁与钢模腔体内壁相接触的多孔橡胶模(4)，孔洞(9)的顶部与底部开口部位，分别装有上塞块(3)及下塞块(6)，在装有上、下塞块的橡胶模(4)的顶面与底面上，分别装有上缓冲垫(2)与下缓冲垫(7)，在两个缓冲垫的顶面与底面上，装置有外壁与钢模(5)腔体内壁接触配合的上模冲(1)与下模冲(8)，并在下模冲(8)的底部安装有承压座(11)。
2. 按照权利要求
l所述的钴芯块的成型模具，其特征在于在钢模(5)的底部，设置有 支撑钢模(5)、套装与保护下模冲(8)和承压座(11)的脱模座(10)。
3. —种使用权利要求
1或2所述模具制备钴芯块的工艺，它包括有以下步骤 第一步取百份重量的钴粉和钴粉重量0. 2% 0. 3%用作添加剂的聚乙烯醇，然后将聚乙烯醇溶解于去离子水中，接着将聚乙烯醇水溶液与钴粉混合均匀拌成湿粉末；第二步将混合均匀的湿粉末装入真空烘箱，在80 IO(TC下烘烤20 25个小时，将 粉末烘干；第三步用12 15MPa的压力，把烘干的粉末压制成块，然后将该钴块粉碎制成粒度小 于0. 18mm的钴粉；第四步将第三步制出的含有聚乙烯醇的钴粉，装到本发明模具中橡胶模的各孔洞中，装粉量为10 13g，压机加压至成型压力5 6X 108Pa，制成高度为30 32mm，直径为 8. 30 8. 40mm的压块，在112气氛中和1200 130(TC下，保温烧结压块2 3小时，得到 烧结钴块；第五步对烧结钴块进行酸洗、碱洗，然后进行镀镍处理，使钴块表面镍层的厚度达到 8 10 ii m，即得到本发明所述的钴芯块。
专利摘要
本发明公开一种钴芯块成型模具，主要由橡胶模与钢模组成；在上下贯通的钢模内，装有外壁与钢模内壁接触的橡胶模，橡胶模各孔洞内填装钴粉，孔洞顶部与底部开口处装有上、下塞块，在橡胶模的顶面与底面上装有上、下缓冲垫，在两个缓冲垫的顶面与底面上装有上、下模冲，在下模冲底部安装承压座；制备钴芯块工艺包括按重量取钴粉∶聚乙烯醇＝100∶0.2～0.3，再将聚乙烯醇溶于去离子水并与钴粉混合成湿粉末；将湿粉末在80～100℃真空烘烤20～25个小时；用12～15MPa压力把烘干粉末压制成块，再粉碎成粒度小于0.18mm的钴粉；在模具中加压钴粉并在H2气氛中高温烧结，经酸洗、碱洗，镀镍处理而成；优点是模具结构与钴芯块制备工艺简单，提高了成型钴芯块的成品率。
文档编号G21C3/60GKCN1949398SQ200610022231
公开日2010年5月12日 申请日期2006年11月9日
发明者代胜平, 唐月明, 左国平, 易伟, 李长香, 杨勇飞, 谈先球, 陈勇, 陈蓉 申请人:中国核动力研究设计院导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan专利引用 (4),