×
27.08.2019
219.017.c3c7

КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ (ВАРИАНТЫ) И ИЗДЕЛИЕ ИЗ НЕГО

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к материалам для защиты от радиационного излучения, обладающим повышенной теплопроводностью, термостойкостью до 400°С и низким значением коэффициента термического расширения, и может быть использовано в атомной, радиохимической промышленности, а также в военно-морской и авиакосмической промышленности в целях защиты обслуживающего персонала и окружающей среды. Композиционный материал на основе алюминия состоит из карбида бора с содержанием от 40 до 60 масс. % и карбида кремния от 5 до 25 масс. %, остальное - матрица из алюминия или литейного алюминиевого сплава системы Al-Si, а также изделие из него. Композиционный материал на основе алюминия состоит из карбида бора с содержанием от 30 до 59 масс. %, изотопа бора 10 с содержанием от 1 до 10 масс. % и карбида кремния от 5 до 25 масс. %, остальное - матрица из алюминия или литейного алюминиевого сплава системы Al-Si, а также изделие из него. Изобретение позволяет повысить теплопроводность и защиту от радиационного излучения. 4 н.п. ф-лы, 1 табл.
Реферат Свернуть Развернуть

Область техники

Изобретение относится к материалам для защиты от радиационного излучения, обладающих умеренной теплопроводностью, термостойкостью до 400°С и низким значением коэффициента термического расширения и может быть использовано в атомной, радиохимической промышленности, а также в военно-морской и авиакосмической промышленности в целях защиты обслуживающего персонала и окружающей среды.

Уровень техники

Существует широкий спектр материалов, которые используются или могут быть использованы, для защиты от нейтронного и γ-излучения. Самыми широко используемыми являются: свинец, карбид бора, углеродные материалы, железо и полиэтилен. При этом те или иные материалы обладают рядом недостатков, связанных с физической природой, коррозионной стойкостью или высокой стоимостью. В связи с этим универсального материала, который мог бы использоваться для защиты одновременно от этих видов излучений пока нет, что предполагает использование комплексной защиты. В этом случае, использование композиционных материалов, в частности на алюминиевой основе, является перспективным направлением, которое обеспечит получение эффективной защиты от радиационного излучения и обеспечит необходимую теплопроводность и снизит вес.

Изобретение относится к композиционным материалам на металлической матрице, применяющимся для защиты от ионизирующих излучений в атомной, радиохимической промышленности, военно-морском флоте, авиакосмической промышленности, обслуживающего персонала и окружающей среды.

Известен композиционный материал из алюминиевой матрицы и карбида бора, который включает в себя следующие исходные материалы по массе: 5-40% порошка карбида бора и 60-95% порошка из алюминиевого сплава (заявка на патент CN 106702192, B22F 3/15, С22С 1/05, С22С 21/00, С22С 32/00, C25D 11/04, G21F 1/08, опубл. 24.05.2017 г.) и способ его получения. Композитный материал имеет относительную плотность более 99,8%, прочность на растяжение при комнатной температуре более 280 МПа, предел текучести более 220 МПа, относительное удлинение более 3,5%.

Недостатком данного материала является слишком низкая прочность и защита от радиационного излучения за счет низкой концентрации бора.

Известен алюминиевый композиционный материал, обладающий поглощающей энергию нейтроном, который улучшает способность поглощать нейтроны за счет увеличения содержания В, а также превосходит материалы предшествующего уровня техники с точки зрения механических свойств и обрабатываемости (патент KR 100414958, С22С 21/00, С22С 32/00, G21F 1/08, опубл. 13.01.2014 г.). Алюминиевый композитный материал содержит от 1,5 до 9 масс. % В, остальное алюминий или его сплавы.

Недостатком этого материала является очень низкое содержание бора для эффективной защиты от радиационного излучения.

Известен композиционный материал для радиационной защиты (патент RU 2396232, С04 В 35/563, С04В 35/626, опубл. 10.08.2010 г.). Изобретение направлено на создание высокотвердого керамического материала, который может быть использован для изготовления элементов аппаратов, работающих в условиях ударных воздействий и интенсивного абразивного изнашивания. В результате получается керамический материал на основе карбида бора с микроструктурой, образованной зернами В4С и одного или нескольких тугоплавких соединений, включающих бориды элементов IVb и Vb групп Периодической системы, отличающийся тем, что на поверхности упомянутых зерен равномерно распределена наноразмерная композиция, содержащая карбид бора и одно или несколько из нижеперечисленных соединений: SiC, бориды элементов IVb, Vb, VIb групп Периодической системы, и материал имеет следующий состав, об. %:

карбид бора 63-81
одно или несколько соединений из ряда: SiC, бориды элементов IVb и/или 14-27;

Vb, и/или VIb групп Периодической таблицы

наноразмерные частицы 5-10.

Недостатком этого материала является низкая теплопроводность из-за высокого содержания керамических частиц и высокого значения пористости (около 5%).

Наиболее близким, принятым за прототип, по технической сущности к заявляемому изобретению является композиционный материал (патент US 5700962), имеющий плотность от 2,5 до 2,8 г/см3 и состоит из В4С в диапазоне от примерно 10 до 60 масс. % и металлической матрицы от 40 до 90 масс. %. Металлическая матрица представляет собой алюминий, магний, титан, гадолиний или один из их сплавов. Карбид бора включает один или несколько металлических элементов, добавленных для улучшения свойств материала металлической матрицы путем образования интерметаллических связей с материалом металлической матрицы. Металлические добавки присутствуют в композите в количестве менее примерно 6 масс. %.

Недостатком данного метода является низкая теплопроводность при высоком содержании частиц карбида бора и низкая поглощающая способность из-за низкого содержания карбида бора при высокой теплопроводности.

Раскрытие изобретения

Задачей данного изобретения является разработка материала для защиты от радиационного излучения, обладающего повышенной теплопроводностью и низкой пористостью с сохранением или повышением эффективности защиты от радиационного излучения, из которого изготавливаются элементы конструкций применяемых, в том числе, в качестве сегментов в конструкции транспортно-упаковочного комплекта.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение теплопроводности и повышение радиационной защиты.

В одном предпочтительном варианте осуществления изобретения достижение технического результата обеспечивается тем, что в композиционном материале на основе алюминия, состоящем из карбида бора, матрицы на основе алюминия или алюминиевого сплава, новым является то, что он дополнительно содержит карбид кремния при следующем соотношении компонентов, масс. %:

В4С 40-60
SiC 5-25
Матрица из алюминиевого сплава 35 -55,

причем размер частиц карбида бора и карбида кремния в материале составляет не более 200 мкм, а суммарное содержания карбида бора и карбида кремния не превышает 65 масс. %, матрица - остальное, где в качестве матрицы используется алюминий или алюминиевые сплавы системы Al-Si, содержащие в сумме, по меньшей мере, два элемента из группы, масс. %:

железо, кремний, магний, марганец, никель, гадолиний 0,3-12.

В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения достижение технического результата обеспечивается тем, что в композиционном материале на основе алюминия, состоящем из карбида бора, матрицы на основе алюминия или алюминиевого сплава, новым является то, что он дополнительно содержит изотоп бора 10 и карбид кремния при следующем соотношении компонентов, масс. %:

В4С 30-59
10В 1-10
SiC 5-25
Матрица из алюминиевого сплава 35-55,

причем размер частиц карбида бора, изотопа бора 10 и карбида кремния в материале составляет не более 200 мкм, а суммарное содержания карбида бора, изотопа бора 10 и карбида кремния не превышает 65 масс. %, матрица - остальное, где в качестве матрицы используется алюминий или алюминиевые литейные сплавы системы Al-Si, содержащие в сумме, по меньшей мере, два элемента из группы, масс. %:

железо, кремний, магний, марганец, никель, гадолиний 0,3-12.

В соответствии с другим аспектом заявленное изобретение относится к изделию, выполненному из любого композиционного материала на основе алюминия, которое описано выше.

Осуществление изобретения Для достижения необходимых свойств использовали карбид бора, изотоп бора 10 и карбид кремния. Бор в виде бористых соединений имеет большое сечение захвата медленных и тепловых нейтронов и характеризуется небольшим вторичным γ-излучением. В отличие от тяжелых и относительно тяжелых элементов, которые применяются в первую очередь для защиты от γ-излучения, легкие вещества, содержащие бор, используются в ядерном реакторе в основном для защиты от нейтронов. Карбид бора и изотоп бора 10 вводится в данный композиционный материал на основе алюминия в качестве источника бора в количестве, достаточном для получения требуемых защитных качеств материала.

Карбид кремния, который в своем составе содержит графит, имеющий хорошие замедляющие и отражающие свойства и являющийся одним из основных материалов для ядерной промышленности. Кроме этого, карбид кремния имеет очень высокую теплопроводность (до 400 Вт/м*К) и широко применяется для упрочнения матриц композиционных материалов на алюминиевой и медной основах. Его введение позволяет одновременно повысить прочность материала и теплопроводность.

В качестве матрицы используются алюминий и литейные алюминиевые сплавы системы Al-Si, имеющие высокие показатели жидкотекучести для процесса пропитки и содержащие в сумме, по меньшей мере, два элемента из группы, масс. %:

железо, кремний, магний, марганец, никель, гадолиний 0,3-12.

Равномерность распределения частиц карбида бора, изотопа бора 10 и карбида кремния достигается путем обработки в мельницах или других смесителях, позволяющих добиться высокой равномерности распределения. Размер частиц карбида бора, изотопа бора 10 и карбида кремния в материале не более 200 мкм позволяет сохранить допустимый уровень пластичности и обеспечивает равномерное распределение частиц в матрице при пропитке расплавом.

Выбранное соотношение компонентов, равномерность распределения и размера частиц карбида бора, изотопа бора 10 и карбида кремния позволяет получить оптимальный уровень радиационной защиты и теплопроводности.

Примеры осуществления изобретения

Пример 1.

Порошок карбида бора с содержанием 40 масс. % и порошок карбида кремния содержанием 25 масс. % по варианту 1 с размером частиц, не превышающих 200 мкм, обрабатывали в мельницах с шарами из оксида циркония в инертной атмосфере аргона не более 10 часов до получения смеси с равномерным распределением частиц. Далее смесь нагревали в металлической оснастке до температуры 700±10°С и пропитывали расплавом АК9ч, перегретым до температуры 900±10°С с приложением давления не более 10 тонн. В результате получают изделие по варианту 1 в виде элемента конструкции чехла транспортно-упаковочного комплекта (ТУК), обеспечивающий требуемый уровень ядерной и радиационной безопасности в соответствии с нормативными документами по перевозке и хранению отработанного ядерного топлива (ОЯТ). Механические и физические свойства полученных экспериментальных образцов указанного состава представлены в таблице 1.

Пример 2.

Порошок карбида бора с содержанием 50 масс. % и порошок карбида кремния с содержанием 10 масс. % по варианту 1, с размером частиц, не превышающих 200 мкм, обрабатывали и пропитывали по примеру 1. В результате получают изделие по варианту 1 в виде элемента конструкции чехла ТУК, обеспечивающий требуемый уровень ядерной и радиационной безопасности в соответствии с нормативными документами по перевозке и хранению ОЯТ. Механические и физические свойства полученных экспериментальных образцов указанного состава представлены в таблице 1.

Пример 3.

Порошок карбида бора с содержанием 60 масс. % и порошок карбида кремния с содержанием 5 масс. % по варианту 1, с размером частиц, не превышающих 200 мкм, обрабатывали и пропитывали по примеру 1. В результате получают изделие по варианту 1 в виде элемента конструкции чехла ТУК, обеспечивающий требуемый уровень ядерной и радиационной безопасности в соответствии с нормативными документами по перевозке и хранению ОЯТ. Механические и физические свойства полученных экспериментальных образцов указанного состава представлены в таблице 1.

Пример 4.

По варианту 2 порошок карбида бора и изотопа бора 10 с содержанием 30 и 10 масс. %, соответственно, и порошок карбида кремния содержанием 25 масс. % с размером частиц, не превышающих 200 мкм, обрабатывали и пропитывали по примеру 1. В результате получают изделие по варианту 2 в виде элемента конструкции чехла ТУК, обеспечивающий требуемый уровень ядерной и радиационной безопасности в соответствии с нормативными документами по перевозке и хранению ОЯТ. Механические и физические свойства полученных экспериментальных образцов указанного состава представлены в таблице 1.

Пример 5.

По варианту 2 порошок карбида бора и изотопа бора 10 с содержанием 59 и 1 масс. %, соответственно, и порошок карбида кремния содержанием 5 масс. % с размером частиц, не превышающих 200 мкм, обрабатывали и пропитывали по примеру 1. В результате получают изделие по варианту 2 в виде элемента конструкции чехла ТУК, обеспечивающий требуемый уровень ядерной и радиационной безопасности в соответствии с нормативными документами по перевозке и хранению ОЯТ. Механические и физические свойства полученных экспериментальных образцов указанного состава представлены в таблице 1.

Исходя из полученных данных, предлагаемый композиционный материал на основе алюминия, состоящий из матрицы на основе алюминиевого сплава и смеси карбида бора и карбида кремния, а также композиционный материал на основе алюминия с добавкой, карбида бора, изотопа бора 10 и карбида кремния показали улучшенную теплопроводность и снижение мощности излучения по отношению к металлокерамическому материалу без карбида кремния и изотопа бора 10.

Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 230 items.
20.05.2013
№216.012.410e

Катодное устройство алюминиевого электролизера с рельефной подиной

Изобретение относится к конструкции катодного устройства электролизера в электролизерах Содерберга или электролизерах с обожженными анодами. Катодное устройство алюминиевого электролизера с рельефной подиной содержит футерованный катодный кожух и подину, выполненную из подовых блоков большей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002482224
Дата охранного документа: 20.05.2013
27.05.2013
№216.012.449d

Катодное устройство электролизера для получения алюминия и способ его ремонта

Изобретение относится к катодному устройству алюминиевого электролизера и способу его ремонта. Катодное устройство содержит катодный кожух и футеровку, имеющую цоколь из теплоизоляционного и огнеупорного материалов, бортовую футеровку, подину из подовых секций с катодными стержнями и катодными...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002483142
Дата охранного документа: 27.05.2013
27.06.2013
№216.012.4fd2

Устройство для непрерывного литья, прокатки и прессования катанки

Изобретение относится к металлургии, в частности к непрерывному литью металлов с одновременным их прессованием. Устройство содержит печь-миксер, валки с ручьем и с выступом, образующие рабочий калибр. На выходе из калибра установлена матрица с охлаждающими каналами на наружной поверхности....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002486027
Дата охранного документа: 27.06.2013
27.06.2013
№216.012.509f

Способ получения топливных брикетов

Изобретение относится к способу получения топливных брикетов, включающий смешение углеродного наполнителя с измельченным углем, добавление связующего вещества и брикетирование смеси под давлением, при этом осуществляют сухое смешение углеродного наполнителя, представляющего собой отходы...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002486232
Дата охранного документа: 27.06.2013
27.06.2013
№216.012.50db

Способ создания смачиваемого покрытия углеродной подины алюминиевого электролизера

Изобретение относится к способу создания смачиваемого покрытия углеродной подины алюминиевого электролизера. Способ включает высокотемпературное электрохимическое осаждение компонентов покрытия из расплавленного электролита и синтез карбидов и боридов тугоплавких металлов на поверхности...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002486292
Дата охранного документа: 27.06.2013
10.07.2013
№216.012.53e7

Способ получения фторида кальция

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ получения фторида кальция включает обработку осветленного раствора газоочистки электролитического производства алюминия гидроокисью кальция с последующим разделением раствора и пульпы и выделением фторида кальция....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002487082
Дата охранного документа: 10.07.2013
20.09.2013
№216.012.6a85

Мешалка

Изобретение относится к мешалкам для гомогенизации больших объемов суспензии и может применяться на предприятиях химической и металлургической промышленности. Мешалка содержит расположенный в баке вертикальный вал, вращаемый приводом. В верху вала установлены наклоненные к вертикали лопасти,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492920
Дата охранного документа: 20.09.2013
20.09.2013
№216.012.6b4e

Смесь для приклеивания плит

Смесь для приклеивания плит предназначена для приклеивания керамических плиток и плит из натурального камня и содержит, масс.% портландцемент - 30-34,5, кварцевый песок - 55-59,5, известняк - 5-7, эфир целлюлозы - 0,20-0,25, сополимер винилацетата с винилверсататом - 1,0-1,5, сополимер...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002493121
Дата охранного документа: 20.09.2013
20.09.2013
№216.012.6b51

Кладочная смесь

Кладочная смесь предназначена для приготовления растворов, для соединения элементов различных кладок (кирпича, природного камня, бетонных блоков). Технический результат заключается в вовлечении отхода производства глинозема - красного шлама - в изготовление сухих строительных смесей, что...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002493124
Дата охранного документа: 20.09.2013
20.09.2013
№216.012.6b52

Финишная шпатлевочная смесь

Изобретение относится к производству строительных материалов и может быть использовано при выравнивании поверхностей при отделочных работах. Финишная шпатлевочная смесь содержит, мас.%: портландцемент 30,85-32; гашеную известь 1-2; сополимер винилацетата с винилверсататом 0,7-1,2; эфир...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002493125
Дата охранного документа: 20.09.2013
Showing 1-10 of 71 items.
27.04.2013
№216.012.3bbb

Катанка из алюминиевого сплава

Изобретение относится к электротехнической промышленности, а именно к катанке из алюминиевого сплава, изготавливаемой методом непрерывного литья и прокатки или методом прессования и предназначенной для изготовления проволоки для производства неизолированных проводов. Технический результат,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002480852
Дата охранного документа: 27.04.2013
20.05.2013
№216.012.410e

Катодное устройство алюминиевого электролизера с рельефной подиной

Изобретение относится к конструкции катодного устройства электролизера в электролизерах Содерберга или электролизерах с обожженными анодами. Катодное устройство алюминиевого электролизера с рельефной подиной содержит футерованный катодный кожух и подину, выполненную из подовых блоков большей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002482224
Дата охранного документа: 20.05.2013
27.05.2013
№216.012.449d

Катодное устройство электролизера для получения алюминия и способ его ремонта

Изобретение относится к катодному устройству алюминиевого электролизера и способу его ремонта. Катодное устройство содержит катодный кожух и футеровку, имеющую цоколь из теплоизоляционного и огнеупорного материалов, бортовую футеровку, подину из подовых секций с катодными стержнями и катодными...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002483142
Дата охранного документа: 27.05.2013
27.06.2013
№216.012.50c9

Способ изготовления листов из алюминиевых сплавов

Изобретение относится к области металлургии сплавов на основе алюминия, в частности сплавов систем Al-Mg-Si и Al-Zn-Mg, используемых в качестве конструкционных и обшивочных листов в авиакосмической технике, судостроении и транспортном машиностроении, в том числе и в сварных конструкциях. Способ...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002486274
Дата охранного документа: 27.06.2013
27.06.2013
№216.012.50db

Способ создания смачиваемого покрытия углеродной подины алюминиевого электролизера

Изобретение относится к способу создания смачиваемого покрытия углеродной подины алюминиевого электролизера. Способ включает высокотемпературное электрохимическое осаждение компонентов покрытия из расплавленного электролита и синтез карбидов и боридов тугоплавких металлов на поверхности...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002486292
Дата охранного документа: 27.06.2013
10.08.2015
№216.013.6a75

Жаропрочный сплав на основе алюминия

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к деформируемым термически упрочняемым сплавам на основе алюминия. Сплав на основе алюминия включает медь, магний, марганец, цирконий, кобальт, серебро, по крайней мере один элемент из группы, содержащей иттрий, церий, и по...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002558806
Дата охранного документа: 10.08.2015
20.11.2015
№216.013.9319

Плита из высокопрочного алюминиевого сплава и способ ее изготовления

Изобретение относится к области металлургии, в частности к технологии изготовления путем прокатки плит, предпочтительно толщиной более 80 мм из высокопрочных алюминиевых сплавов для изготовления деталей, в том числе крупногабаритных, силовых конструкций в авиакосмической технике, в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002569275
Дата охранного документа: 20.11.2015
27.02.2016
№216.014.c0c5

Сплав на основе алюминия

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к термически неупрочняемым алюминиевым сплавам системы алюминий - магний, и может быть использовано для изготовления высоконагруженных элементов изделий. Сплав на основе алюминия содержит, мас.%: магний 5,0-5,8, скандий 0,15-0,28,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002576286
Дата охранного документа: 27.02.2016
27.02.2016
№216.014.c12c

Способ термической обработки изделий из высокопрочных алюминиевых сплавов

Изобретение относится к области металлургии, в частности к технологии термической обработки изделий из высокопрочных алюминиевых сплавов для использования в судостроении и конструкциях, эксплуатирующихся в морских условиях, авиакосмической технике, транспортном машиностроении. Способ...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002576283
Дата охранного документа: 27.02.2016
10.06.2016
№216.015.4648

Способ производства анодной массы

Изобретение относится к способу изготовления анодной массы для анодов алюминиевых электролизеров. Способ включает приготовление анодной массы смешением зерновых фракций углеродного наполнителя в виде кокса с предварительно подготовленной связующей матрицей (СМ) на основе пылевой фракции кокса...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002586195
Дата охранного документа: 10.06.2016
+ добавить свой РИД