本發(fā)明屬于核反應(yīng)堆技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高溫氣冷堆同軸型電氣貫穿件及其制備方法。

背景技術(shù)：

高溫氣冷堆是第四代核能系統(tǒng)的代表性堆型，具有低功率密度、高出口溫度、高發(fā)電效率等特點，由于包覆顆粒燃料元件的耐高溫特性以及單個反應(yīng)堆模塊功率的可限制性，高溫氣冷堆可在任何瞬態(tài)和事故情況下，僅靠熱傳導(dǎo)和熱輻射等自然機(jī)制，保證燃料最高溫度不超過限值，從技術(shù)上避免了類似堆芯熔化嚴(yán)重事故的發(fā)生，因此，相比傳統(tǒng)的壓水堆核電站，其固有安全性特征明顯。

電氣貫穿件是貫穿核電站壓力殼和安全殼的關(guān)鍵設(shè)備，為反應(yīng)堆內(nèi)各種用電設(shè)備輸送電能或控制信號，同時保證核反應(yīng)堆的密封，對確保高溫氣冷堆壓力邊界的完整性至關(guān)重要，是高溫氣冷堆安全防護(hù)最重要的屏障。高溫氣冷堆一回路中密封的熱傳遞介質(zhì)為高溫、高壓的純氦氣，較壓水堆的水蒸汽而言對電氣貫穿件的耐高溫、耐氣密、耐老化等要求更高，制造技術(shù)難度也更大。

在高溫氣冷堆吸收球料位的測量中，對射頻導(dǎo)納信號的測量需要使用同軸電纜。同軸型電氣貫穿件是這些同軸電纜信號貫穿高溫氣冷堆壓力殼的一種饋通手段。其功能除了要高質(zhì)量傳輸這些高頻信號之外，更重要的是實現(xiàn)核反應(yīng)堆的密封性。

現(xiàn)有同軸型電氣貫穿件一般由內(nèi)導(dǎo)體、內(nèi)絕緣層、內(nèi)屏蔽層、外絕緣層、外屏蔽層組成。其中絕緣材料主要采用有機(jī)物，包括聚砜、聚醚醚酮和聚酰亞胺等。這些材料都不能完全滿足高溫氣冷堆壓力殼電氣貫穿件耐高溫、耐高氣壓、耐輻照等的要求。這些有機(jī)物在高溫、強(qiáng)輻照等使用條件下，其電絕緣及機(jī)械性能會顯著降低，容易存在安全隱患，因此會影響產(chǎn)品的使用壽命。

因此，采用傳統(tǒng)有機(jī)物作為絕緣材料的同軸型電氣貫穿件無法滿足高溫氣冷堆設(shè)計要求。而無機(jī)玻璃具有很好的耐高溫性能和電絕緣特性，是作為電氣貫穿件絕緣材料的絕佳選擇。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種高溫氣冷堆同軸型電氣貫穿件及其制備方法，其特征在于，所述高溫氣冷堆同軸型電氣貫穿件由內(nèi)金屬導(dǎo)體1、內(nèi)絕緣玻璃層2、內(nèi)屏蔽金屬層3、外絕緣玻璃層4和外屏蔽金屬層5封接而成。

所述內(nèi)金屬導(dǎo)體為可伐合金。

所述內(nèi)絕緣玻璃層為熱膨脹系數(shù)5-6×10^-6/k的無機(jī)玻璃。

所述內(nèi)屏蔽金屬為4j43或4j45合金。

所述外絕緣玻璃層為熱膨脹系數(shù)8-9×10^-6/k的無機(jī)玻璃。

所述外屏蔽金屬為10號鋼、30crmnsia合金結(jié)構(gòu)鋼或16mn鋼。

所述高溫氣冷堆同軸型電氣貫穿件的制備方法，包括以下步驟：

(1)內(nèi)絕緣玻璃層預(yù)成型坯體，將滿足內(nèi)絕緣玻璃層要求的一定量的玻璃粉中加入石蠟，在加熱條件下充分拌勻后冷卻、造粒、過篩，然后在干壓成型機(jī)上成型，再經(jīng)過排蠟玻化后得到內(nèi)絕緣玻璃層的成型坯體；

(2)外絕緣玻璃層預(yù)成型坯體，將滿足外絕緣玻璃層要求的一定量的玻璃粉加入石蠟，在加熱條件下充分拌勻后冷卻、造粒、過篩，然后在干壓成型機(jī)上成型，再經(jīng)過排蠟?；?，得到外絕緣玻璃層的成型坯體；

(3)將經(jīng)過預(yù)處理的內(nèi)金屬導(dǎo)體、內(nèi)絕緣玻璃層預(yù)成型坯體、內(nèi)屏蔽金屬、外絕緣玻璃層預(yù)成型坯體和外屏蔽金屬用燒結(jié)夾具組裝在一起，并放入氣氛爐中封接，得到所述高溫氣冷堆同軸型電氣貫穿件。

所述步驟(1)中，內(nèi)絕緣玻璃層用玻璃粉的各組分及重量百分比為：sio250～70％，b2o310～20％，na2o3～8％，k2o3～8％，zno0～6％，bao2～8％，sb2o30～3％，余量為al2o3。

所述步驟(2)中，玻璃粉體的各組分及重量百分比為：sio240～50％，b2o33～10％，al2o31～5％，la2o31～5％，li2o1～3％，na2o3～7％，p2o52～6％，bao35～45％，tio23～7％，wo31～2％。

所述步驟(1)和(2)中，玻璃粉體與石蠟的質(zhì)量比為20：1。

所述步驟(1)和(2)中，加熱溫度為成型壓力為10mpa，排蠟?；瘲l件為：保溫小時。

所述步驟(3)中，封接條件為：通入高純氮氣，以每分鐘5℃的升溫速率升溫，在960-1000℃溫度下進(jìn)行封接，保溫時間為30分鐘，在30分鐘內(nèi)降溫到500℃，并保溫1小時以消除應(yīng)力，最后再緩慢冷卻到室溫。

本發(fā)明的有益效果是采用無機(jī)玻璃作為關(guān)鍵的絕緣密封材料，從外屏蔽金屬層、外絕緣玻璃層、內(nèi)屏蔽金屬層、內(nèi)絕緣玻璃層、內(nèi)金屬導(dǎo)體的熱膨脹系數(shù)依次遞減，從而實現(xiàn)壓縮封接。制備得到的同軸型電氣貫穿件，其耐氣壓性、密封性等特性均都得到了明顯改善。

附圖說明

圖1是高溫氣冷堆同軸型電氣貫穿件的剖面圖；

圖中各編號的具體含義為：1-內(nèi)金屬導(dǎo)體，2-內(nèi)絕緣玻璃層，3-內(nèi)屏蔽金屬層，4-外絕緣玻璃層，5-外屏蔽金屬層。

圖2是高溫氣冷堆同軸型電氣貫穿件中，內(nèi)金屬導(dǎo)體與內(nèi)絕緣玻璃高溫封接后的界面掃描電鏡圖；

圖3是高溫氣冷堆同軸型電氣貫穿件中，外屏蔽金屬層與外絕緣玻璃層高溫封接后的界面掃描電鏡圖；

具體實施方式

本發(fā)明提供的高溫氣冷堆同軸型電氣貫穿件的制備方法可以通過下列非限定性實施例得到更加清楚的描述。

實施例

(1)將滿足內(nèi)絕緣玻璃層要求的玻璃粉以20:1的質(zhì)量比加入石蠟，在95℃條件下充分拌勻，冷卻、壓制后過40目篩造粒，然后在干壓成型機(jī)上成型，成型壓力10mpa。加熱到680℃并保溫3小時排蠟?；?，得到內(nèi)絕緣玻璃層的預(yù)成型坯體。

玻璃粉的各組分及重量百分比為：sio263％，b2o312％，al2o35％，na2o4％，k2o6％，zno2％，bao6％，sb2o32％。

(2)將滿足外絕緣玻璃層要求的玻璃粉以20:1的質(zhì)量比加入石蠟，在95℃條件下充分拌勻，冷卻、壓制后過40目篩造粒，然后在干壓成型機(jī)上成型，成型壓力10mpa。加熱到680℃并保溫3小時排蠟玻化，得到玻璃預(yù)成型坯體。

玻璃粉的各組分及重量百分比為：sio246％，b2o33％，al2o32％，la2o31％，li2o2.5％，na2o3％，bao36％，p2o52％,tio24％，wo30.5％。

(3)將經(jīng)過預(yù)處理的內(nèi)金屬導(dǎo)體、內(nèi)絕緣玻璃層預(yù)成型坯體、內(nèi)屏蔽金屬、外絕緣玻璃層預(yù)成型坯體和外屏蔽金屬用燒結(jié)夾具組裝在一起，并放入氣氛爐中，并通入高純氮氣，以每分鐘5℃的升溫速率進(jìn)行升溫，在960℃進(jìn)行封接，保溫時間為30分鐘，再快速降溫到500℃，并保溫1小時以消除應(yīng)力，最后再緩慢冷卻到室溫，得到所述高溫氣冷堆同軸型電氣貫穿件(如圖1、圖2、圖3所示)；測試結(jié)果如表1所示。

實施例2-3中，步驟(3)中封接時的溫度依次為980℃、1000℃，其他條件均與實施例1相同。

表1實施例1-3制備的電氣貫穿件樣件的性能測試結(jié)果

實施例

(1)將滿足內(nèi)絕緣玻璃層要求的玻璃粉以20:1的質(zhì)量比加入石蠟，在100℃條件下充分拌勻，冷卻、壓制后過40目篩造粒，然后在干壓成型機(jī)上成型，成型壓力10mpa。加熱到680℃并保溫3小時排蠟?；玫絻?nèi)絕緣玻璃層的預(yù)成型坯體。

玻璃粉的各組分及重量百分比為：sio265％，b2o310％，al2o34％，na2o6％，k2o5％，zno3％，bao7％。

(2)將滿足外絕緣玻璃層要求的玻璃粉以20:1的質(zhì)量比加入石蠟，在100℃條件下充分拌勻，冷卻、壓制后過40目篩造粒，然后在干壓成型機(jī)上成型，成型壓力10mpa。加熱到680℃并保溫3小時排蠟?；?，得到玻璃預(yù)成型坯體。

玻璃粉的各組分及重量百分比為：sio246％，b2o34％，al2o31％，la2o31％，li2o1.5％，na2o3％，bao34％，p2o55％,tio23％，wo31.5％。

(3)將經(jīng)過預(yù)處理的內(nèi)金屬導(dǎo)體、內(nèi)絕緣玻璃層預(yù)成型坯體、內(nèi)屏蔽金屬、外絕緣玻璃層預(yù)成型坯體和外屏蔽金屬用燒結(jié)夾具組裝在一起，并放入氣氛爐中，并通入高純氮氣，以每分鐘5℃的升溫速率進(jìn)行升溫，在960℃進(jìn)行封接，保溫時間為30分鐘，再快速降溫到500℃，并保溫1小時以消除應(yīng)力，最后再緩慢冷卻到室溫，得到所述高溫氣冷堆同軸型電氣貫穿件。測試結(jié)果如表2所示。

實施例5-6中，步驟(3)中封接時的溫度依次為980℃、1000℃，其他條件均與實施例4相同。

表2實施例4-6制備的電氣貫穿件樣件的性能測試結(jié)果

實施例7-9

(1)將滿足內(nèi)絕緣玻璃層要求的玻璃粉以20:1的質(zhì)量比加入石蠟，在106℃條件下充分拌勻，冷卻、壓制后過40目篩造粒，然后在干壓成型機(jī)上成型，成型壓力10mpa。加熱到680℃并保溫3小時排蠟?；玫絻?nèi)絕緣玻璃層的預(yù)成型坯體。

玻璃粉的各組分及重量百分比為：sio262％，b2o315％，al2o36％，na2o35％，k2o53％，bao7％，sb2o32％。

(2)將滿足外絕緣玻璃層要求的玻璃粉以20:1的質(zhì)量比加入石蠟，在106℃條件下充分拌勻，冷卻、壓制后過40目篩造粒，然后在干壓成型機(jī)上成型，成型壓力10mpa。加熱到680℃并保溫3小時排蠟?；?，得到玻璃預(yù)成型坯體。

玻璃粉的各組分及重量百分比為：sio243％，b2o34％，al2o32％，la2o31％，li2o2％，na2o3％，p2o54％,bao35％，tio25％，wo31％。

(3)將經(jīng)過預(yù)處理的內(nèi)金屬導(dǎo)體、內(nèi)絕緣玻璃層預(yù)成型坯體、內(nèi)屏蔽金屬、外絕緣玻璃層預(yù)成型坯體和外屏蔽金屬用燒結(jié)夾具組裝在一起，并放入氣氛爐中，并通入高純氮氣，以每分鐘5℃的升溫速率進(jìn)行升溫，在960℃進(jìn)行封接，保溫時間為30分鐘，再快速降溫到500℃，并保溫1小時以消除應(yīng)力，最后再緩慢冷卻到室溫，得到所述高溫氣冷堆同軸型電氣貫穿件；測試結(jié)果如表3所示。

實施例8-9中，步驟(3)中封接時的溫度依次為980℃、1000℃，其他條件均與實施例7相同。

表3實施例7-9制備的電氣貫穿件樣件的性能測試結(jié)果

通過表1、表2和表3可知，我們通過采用不同的玻璃配方，先制備得到玻璃預(yù)成型坯體，然后將經(jīng)過預(yù)處理的內(nèi)金屬導(dǎo)體、內(nèi)絕緣層玻璃預(yù)成型坯體、內(nèi)屏蔽金屬、外絕緣層玻璃預(yù)成型坯體、和外屏蔽金屬的組合件、燒結(jié)夾具組裝在一起，放入氣氛爐中在960℃、980℃、1000℃封接，保溫時間為30分鐘，再快速降溫到500℃，并保溫1小時以消除應(yīng)力，最后再緩慢冷卻到室溫，獲得了高耐壓、高氣密性的高溫氣冷堆同軸型電氣貫穿件。