一种轴向电阻率梯度可控的合金板及制备方法
阅读说明：本技术 一种轴向电阻率梯度可控的合金板及制备方法 (Alloy plate with controllable axial resistivity gradient and preparation method thereof ) 是由 王艳林 钟华强 于 2021-08-25 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种轴向电阻率梯度可控的合金板,合金板是由若干个可导电的粉末块沿某一方向线性排列相接并高温烧结得到,各相邻的粉末块的电阻率不等、各粉末块各处的电阻率均相等,使合金板的电阻率沿线性排列方向梯度变化。通过调整各粉末块的电阻率、放置顺序即可改变合金板各段的电阻率、合金板轴向电阻率的变化趋势,实现对合金板轴向电阻率的控制,从而可以真实还原燃料元件或换热器的发热,模拟结果准确。且可以根据实际需要调整合金板各段的电阻率,调整方便。本发明还公开了合金板的制备方法,制备过程简单,不需要复杂的工艺、苛刻的条件,适用于工业化应用。(The invention discloses an alloy plate with controllable axial resistivity gradient, which is obtained by linearly arranging and connecting a plurality of conductive powder blocks along a certain direction and sintering at high temperature, wherein the resistivity of each adjacent powder block is unequal, and the resistivity of each powder block is equal, so that the resistivity of the alloy plate is changed in a gradient manner along the linear arrangement direction. The change trend of the resistivity of each section of the alloy plate and the axial resistivity of the alloy plate can be changed by adjusting the resistivity and the placing sequence of each powder block, and the control of the axial resistivity of the alloy plate is realized, so that the heating of a fuel element or a heat exchanger can be really reduced, and the simulation result is accurate. And the resistivity of each section of the alloy plate can be adjusted according to actual needs, and the adjustment is convenient. The invention also discloses a preparation method of the alloy plate, which has simple preparation process, does not need complex process and harsh conditions and is suitable for industrial application.)
技术领域
本发明涉及反应堆热工水力和工程热物理技术领域，具体涉及一种轴向电阻率梯度可控的合金板及制备方法。
背景技术
在某些研究型反应堆或换热器中，通常会用到板型燃料元件或板式换热器，针对板型燃料元件或板式换热器开展热工水力实验的过程中需要模拟它们的发热或冷却特征，以便于热工水力实验的顺利开展。模拟板型燃料元件或板式换热器的发热、冷却性能时一般采用金属板搭建成一定的结构来模拟燃料元件或换热器的发热。
对于均匀厚度的金属平板而言，其电阻沿其长度方向是均匀的。然而，实际上板型燃料元件或换热器沿各自轴向的发热是不均匀的，需要改变金属板在长度方向的电阻，使金属板在长度方向的电阻呈一定的趋势变化，这样由金属板搭建形成的结构模拟燃料元件或换热器的发热性能时才能准确模拟，与燃料元件或换热器实际的发热性能才能更接近、更具有真实性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有的金属板在模拟燃料元件或换热器的发热性能时结果不准确，目的在于提供一种轴向电阻率梯度可控的合金板及其制备方法，解决了现有金属板由于在长度方向电阻相同导致与燃料元件或换热器轴向的发热情况不一致，而无法真实还原燃料元件或换热器的发热，而使模拟结果不准确的问题。
本发明通过下述技术方案实现：
本发明的第一个目的是提供一种轴向电阻率梯度可控的合金板，所述合金板是由若干个粉末块沿一方向线性排列相接并高温烧结得到，各相邻的所述粉末块的电阻率不等、各所述粉末块各处的电阻率均相等，使所述合金板的电阻率沿线性排列方向梯度变化。
优选地，各所述粉末块由电阻率不同的若干种导电材料混合并压制而成。
优选地，各所述粉末块由电阻率不同的金属粉末与陶瓷粉末混合并压制而成。
优选地，所述金属粉末为321不锈钢粉末，所述陶瓷粉末为ZrO2粉末。
优选地，各所述粉末块为矩形块，且各所述粉末块的厚度与体积均相等，使各所述粉末块沿线性排列拼接形成平板状结构、并高温烧结成平板状的合金板。
本发明的第二个目的是提供一种轴向电阻率梯度可控的合金板的制备方法，包括以下步骤：
S1：将若干种电阻率不同的粉末状导电材料按照比例混合均匀，常温下压制形成粉末块；
S2：将各所述粉末块沿某一方向呈线性紧密排列，高温烧结得到合金板；
各相邻的所述粉末块的电阻率不同。
优选地，所述粉末块由电阻率不同的金属粉末与陶瓷粉末混合并压制而成。
优选地，各所述粉末块为矩形块，且各所述粉末块的厚度与体积均相等，使各所述粉末块沿线性排列拼接形成平板状结构、并高温烧结成平板状的合金板。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
(1)本发明实施例提供的一种轴向电阻率梯度可控的合金板，通过按照一定的顺序将一系列具有导电功能的粉末块沿一个方向线性排列相机并高温烧结得到合金板，且各个相邻的粉末块的电阻率不等、而各个粉末块各处的电阻率均相等，使合金板的电阻率沿线性排列方向呈梯度变化。可以通过调整各粉末块的电阻率、各粉末块的放置顺序来改变合金板各段的电阻率的大小以及各段合金板的电阻率的变化趋势，实现对合金板轴向方向电阻率的可控，进而可以根据实际需要制备具有一定发热特性的合金板。采用本发明实施例提供的一种轴向电阻率梯度可控的合金板搭建的结构来模拟燃料元件或板式换热器的发热时，可以真实还原燃料元件或换热器的发热，使模拟结果准确。且可以根据实际需要调整合金板各段的电阻率，调整方便。
(2)本发明实施例提供的一种轴向电阻率梯度可控的合金板，通过选取电阻率不同的粉末材料、按照一定的比例混合即可得到具有一定电阻率的粉末块，然后将这些具有一定电阻率的粉末块按照设计需要进行排列，即可使得到的合金板的各段具有特定的电阻率，实现合金板轴向电阻率的梯度变化。
(3)本发明实施例提供的一种轴向电阻率梯度可控的合金板，设置各粉末块为矩形，且各粉末块的厚度、体积均相等，得到平板状的合金板。统一各粉末段的形状、尺寸，方便合金板各段电阻率的控制，且在合金板的制备过程中，由于各粉末段的形状、尺寸统一，制作过程也更加方便、高效。
(4)本发明实施例提供的一种轴向电阻率梯度可控的合金板的制备方法，制备过程简单，不需要复杂的工艺、苛刻的条件，适用于工业化应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。在附图中：
图1为本发明实施例提供的一种轴向电阻率梯度可控的合金板中各粉末块排列结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种轴向电阻率梯度可控的合金板的电阻率沿长度方向的变化趋势图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征或特性被包含在本本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
实施例1
如图1-2中所示，一种轴向电阻率梯度可控的合金板，合金板是由若干个粉末块沿某一方向线性排列相接并高温烧结得到，各相邻的粉末块的电阻率不等、各粉末块各处的电阻率均相等，使合金板的电阻率沿线性排列方向梯度变化。
具体地，根据燃料组件或换热器的发热性能，设计所需要的合金板具体地电阻率梯度变化情况，然后将各个粉末块沿某一个方向线性排列在一起，相邻的两个粉末块的电阻率不等，而对于每一个粉末块其各处的电阻率均相等。对于各个粉末块可以有电阻率相同的，但是电阻率相同给的粉末块不相邻放置即可。粉末块由一定的导电材料加工而成，各个粉末块如图1中排列好后进行高温烧结形成一整块的合金板，可以采用粉末冶金工艺进行高温烧结，高温烧结过程中的具体温度、压力和烧结时间根据所需烧结的材料而确定。得到如图2中所示的电阻率沿线性排列方向呈梯度变化的合金板。具体地粉末冶金工艺为现有技术，过程中的条件、使用的仪器设备均为粉末冶金工艺中常用的，采用常规的粉末冶金方法，高温烧结即可得到合金板，在此不进行详述。
具体地相邻粉末块的电阻率大小、差值大小均可以通过调整粉末块的构成导电材料进行调整。对于板状的合金板可以将各粉末块沿合金板的轴向方向也即是长度方向线性排列，当然也可以根据需要设置各粉末块的排列顺序。合金板沿轴向的电阻率变化趋势可以通过改变粉末块的电阻、粉末块的尺寸大小、粉末块的放置位置来调整，从而达到合金板轴向电阻率的可控。在实际应用时，可以采用直流电使合金板发热，则合金板沿长度方向即可实现发热量的梯度变化，从而真实模拟燃料组件、换热器。
实施例2
此实施例是在实施例1的基础上进行的改进。
一种轴向电阻率梯度可控的合金板，各粉末块由电阻率不同的若干种导电材料混合并在常温下、利用专用模具压制而成。各个粉末块可以由电阻率不同的两种、三种或者更多种导电材料均匀混合并按照一定的比例混合配制然后压制得到，具体地形成粉末块的导电材料的种类可以根据实际需要选择，优选地由两种电阻率不同的导电材料混合压制而成。电阻率不同的粉末块即是通过各导电材料的不同混合配比得到的。
更优选地各粉末块由电阻率不同的金属粉末、陶瓷粉末混合均匀后压制而成。最优选地，金属粉末为321不锈钢粉末，陶瓷粉末为ZrO2粉末。321不锈钢粉末、ZrO2粉末均是采用已知技术使321不锈钢、ZrO2粉碎、研磨得到，在此不进行赘述。而321不锈钢粉末、ZrO2粉末的颗粒大小可以根据需要进行设置，只要满足321不锈钢粉末、ZrO2粉末能够混合均匀、压制得到的各个粉末块各处的电阻率相等即可。通过设计321不锈钢粉末、ZrO2粉末的不同混合比例得到一系列具有一定电阻率的粉末块。
各粉末块可以设置为矩形块，且各粉末块的厚度与体积均相等，使各矩形粉末块的长、宽、高均相等，这样各粉末块沿线性排列就拼接形成平板状结构，再经高温烧结即可得到平板状的合金板。如图1中所示，以各粉末块的排列方向为Z方向，各粉末块的长度方向为Y方向，以粉末块的高度方向为X方向，并建立坐标轴，各个粉末块沿Z轴方向排列，设置7个粉末块，并分别定义为L1-L7，粉末块L1-L7的电阻率均不相同，粉末块L1-L7中的321不锈钢粉末、ZrO2粉末的混合比例不等。粉末块L1-L7根据需要放置在相应的位置，得到平板状的结构，再经高温烧结得到的合金板沿Z轴方向的电阻率即成梯度变化，如图2中所示。
其中具体地有不同电阻率的粉末材料常温压制得到粉末块的过程为现有的金属粉末压制技术，过程中采用的方法、试剂、仪器设备、模具等均可采用常用的金属粉末压制技术中所使用的，在此不进行详述。
实施例3
一种轴向电阻率梯度可控的合金板的制备方法，包括以下步骤：
S1：将若干种电阻率不同的粉末状导电材料按照一定的比例混合均匀，然后常温压制形成粉末块；
S2：将各粉末块沿某一方向呈线性紧密排列并相接，然后高温烧结得到合金板；
各相邻的粉末块的电阻率不同、各粉末块各处的电阻率相等。
粉末块由电阻率不同的金属粉末与陶瓷粉末混合并压制而成。各粉末块为矩形块，且各粉末块的厚度与体积均相等，使各粉末块沿线性排列拼接形成平板状结构、并高温烧结成平板状的合金板。各粉末块采用粉末冶金工艺在高温下烧结成合金板。
本申请中未提及或详述的部分均为现有技术或通过现有技术可以获得或达到。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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