一种电阻率连续可控的合金板及制备方法

文档序号:1853386 发布日期:2021-11-19 浏览:18次 >En<

阅读说明:本技术 一种电阻率连续可控的合金板及制备方法 (Alloy plate with continuously controllable resistivity 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:本发明公开了一种电阻率连续可控的合金板,合金板由沿某一方向交错排列形成平板结构的多个粉末块高温烧结而成,各粉末块由导电材料制成,各粉末块具有至少一个斜面,各粉末块斜面斜率相同,各粉末块的斜面与相邻粉末块的斜面贴合,使合金板对应于各相邻粉末块交错段的电阻率沿排列方向连续变化。通过改变各粉末块斜面斜率大小、斜面面积、交错部分大小、粉末块放置顺序及电阻率,使合金板沿排列方向电阻率按照设计需求变化,调整方便,实现合金板电阻率可控,使合金板各段不均匀发热,更加接近实际板型燃料元件、板式换热器的发热情况,模拟发热更加准确。本发明还公开了合金板的制备方法,过程简单、条件要求低,适于工业化应用。(The invention discloses an alloy plate with continuously controllable resistivity, which is formed by sintering a plurality of powder blocks which are staggered and arranged along a certain direction to form a flat plate structure at high temperature, wherein each powder block is made of a conductive material, each powder block is provided with at least one inclined surface, the inclined surface slopes of each powder block are the same, the inclined surface of each powder block is attached to the inclined surface of the adjacent powder block, and the resistivity of the alloy plate corresponding to the staggered section of each adjacent powder block is continuously changed along the arrangement direction. By changing the slope of each powder block slope, the area of the slope, the size of the staggered part, the placement sequence of the powder blocks and the resistivity, the resistivity of the alloy plate along the arrangement direction changes according to the design requirement, the adjustment is convenient, the resistivity of the alloy plate is controllable, each section of the alloy plate generates heat unevenly, the heating condition of the alloy plate is closer to that of an actual plate type fuel element and a plate type heat exchanger, and the heating simulation is more accurate. The invention also discloses a preparation method of the alloy plate, which has simple process and low requirement on conditions and is suitable for industrial application.)

一种电阻率连续可控的合金板及制备方法

技术领域

本发明涉及核反应堆热工水力和工程热物理技术领域,具体涉及一种电阻率连续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,会用到板型燃料元件或板式换热器,通常需要针对这些板型燃料元件、板式换热器开展热工水力实验,模拟板型燃料元件、板式换热器的发热或冷却特征。为了模拟板型燃料元件、板式换热器的发热,需要仿照板型燃料元件、板式换热器构建相应的模型,目前常用金属板来构建板型燃料元件、板式换热器,然后用直流电使板型燃料元件、板式换热器相应的部位发热。

但是由于厚度均匀的金属平板的电阻沿其轴向方向是均匀的,而实际上板型燃料元件、板型换热器的电阻率沿相应的沿轴向方向发热是不均匀的,采用现有的金属平板无法准确模拟板型燃料元件、板型换热器的发热。需要改变金属板沿其沿轴向方向的电阻并按一定要求进行变化,实现金属板沿轴向方向的不均匀发热。

基于此,提出本专利申请。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有的金属平板沿轴向发热均匀,无法准确模拟板型燃料元件、板型换热器沿轴向的不均匀发热,目的在于提供一种电阻率连续可控的合金板及制备方法,解决了板型燃料元件、板型换热器发热特性的准确模拟的问题。

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电阻率连续可控的合金板,所述合金板由沿某一方向交错排列形成平板结构的多个粉末块高温烧结而成,各所述粉末块由导电材料制成,各所述粉末块具有至少一个斜面,各所述粉末块斜面的斜率相同,各所述粉末块的斜面与相邻粉末块的斜面贴合,使所述合金板对应于各相邻粉末块交错段的电阻率沿排列方向连续变化。

优选地,位于合金板沿排列方向两端的粉末块具有一个斜面,位于端部粉末块之间的各粉末块具有两个斜面。

优选地,位于端部粉末块之间的各粉末块的截面为平行四边形。

优选地,位于端部粉末块之间的各粉末块的体积相同。

优选地,各所述粉末块由电阻率不同的金属粉末、陶瓷粉末混合后压制而成,各相邻粉末块的金属粉末、陶瓷粉末的混合比例不同。

本发明的第二个目的是提供一种电阻率连续可控的合金板的制备方法,包括如下步骤:

(1)将电阻率不同的金属粉末、陶瓷粉末以不同比例混合均匀后,压制成为至少具有一个斜面的多个粉末块,各个粉末块斜面的斜率相同;

(2)将电阻率不同的粉末块相邻放置,各粉末块的斜面与相邻粉末块的斜面交错贴合排列形成沿某一方向延伸的平板结构;

(3)将(2)中得到的平板结构进行高温烧结即得一体结构的合金板。

优选地,位于合金板沿排列方向两端的粉末块具有一个斜面,位于端部粉末块之间的各粉末块具有两个斜面。

优选地,位于端部粉末块之间的各粉末块的截面为平行四边形。

优选地,位于端部粉末块之间的各粉末块的体积相同。

本发明与现有技术相比,具有如下的优点和有益效果:

(1)本发明实施例通过公开一种电阻率连续可控的合金板,由沿某一方向交错排列形成平板结构的多个粉末块高温烧结而成,各粉末块由导电材料制成,各粉末块具有至少一个斜面,各粉末块斜面的斜率相同,各粉末块的斜面与相邻粉末块的斜面贴合,使合金板对应于各相邻粉末块交错段的电阻率沿排列方向连续变化。可以通过调整各粉末块斜面的斜率大小、斜面个数、斜面面积、相邻斜面交错部分的大小、以及各粉末块的放置顺序、各粉末块的电阻率,使合金板沿一方向的电阻率按照设计需求进行变化,调整方便,实现合金板电阻率的可控性,使合金板各段不均匀发热,更加接近实际板型燃料元件、板式换热器的发热情况,模拟发热更加准确。

(2)本发明实施例公开的一种电阻率连续可控的合金板,各粉末块由电阻率不同的金属粉末、陶瓷粉末按照一定比例混合并压制得到,通过调整各粉末块中金属粉末、陶瓷粉末的混合比例就可改变合金板沿排列方向电阻率的变化,实现合金板电阻率的可控性,使合金板各段不均匀发热,更加接近实际板型燃料元件、板式换热器的发热情况,模拟发热更加准确。

(3)本发明实施例提供的一种电阻率连续可控的合金板的制备方法,制备过程简单、对制备所需的条件要求低,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为本发明一实施例提供的一种电阻率连续可控的合金板中各粉末块的排列结构示意图;

图2为本发明一实施例提供的一种电阻率连续可控的合金板沿长度方向的电阻率变化趋势图;

图3为本发明另一实施例提供的一种电阻率连续可控的合金板中各粉末块的排列结构示意图;

图4为本发明另一实施例提供的一种电阻率连续可控的合金板沿长度方向的电阻率变化趋势图。

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

一种电阻率连续可控的合金板,合金板由沿某一方向交错排列形成平板结构的多个粉末块高温烧结而成,各粉末块由导电材料制成,各粉末块具有至少一个斜面,各粉末块斜面的斜率相同,各粉末块的斜面与相邻粉末块的斜面贴合,使合金板对应于各相邻粉末块交错段的电阻率沿排列方向连续变化。

具体地,各个粉末块可以有一个斜面,如粉末块的截面为直角三角形、直角梯形,也可以有两个斜面,如粉末块的截面为平行四边形、三角形,优选地,具有两个斜面的粉末块的截面为平行四边形。各个粉末块的斜面均朝向一个方向倾斜且各斜面的斜率相同。各粉末块的斜面和与其相邻的粉末块的斜面紧密贴合、交错相接排列,形成平板状的结构,优选地形成长方形的平板结构,各个相贴合的斜面的面积相等、对应贴合的各边长相等。可以根据不同合金板的设计需要调整各个斜面的斜率大小,进而调整粉末块的形状,改变相邻粉末块贴合部分的面积,从而调整合金板各交错段电阻率的变化趋势。

各个粉末块由导电材料制成,各粉末块具有一定的电导率,各个粉末块各个部位处的电阻率是相同的。在排列时,将电阻率不同的粉末块相邻放置,同时沿排列方向放置电阻率呈一定趋势变化的粉末块,如沿排列方向放置电阻率逐渐增大或减小或先增大后减小的粉末块。排列好后,将由粉末块排列形成的平板结构采用粉末冶金技术在高温下烧结成为一整块的合金板。采用上述方式得到的合金板对应于各个相邻粉末块的交错部位处的电阻率是连续变化的,又由于沿合金板沿排列方向的各粉末块的电阻率呈一定趋势变化,因此形成的合金板整体的电阻率是沿排列方向以一定的趋势变化的。

这样可以通过改变各粉末块斜面的斜率大小、斜面个数、斜面面积、相邻斜面交错部分的大小、以及各粉末块的放置顺序来改变合金板沿某一方向电阻率的变化,使合金板各段不均匀发热,更加接近实际板型燃料元件、板式换热器的发热情况,模拟发热更加准确。合金板沿某一方向电阻率的变化指各段电阻率的大小、相邻各段电阻率增大或减小形成的变化趋势图中各段连线的斜率大小、整个合金板各段电阻率整体呈现连续增大、较小、或者先增大后减小、先减小后增大的趋势等,以及其他各种可能的变化,在此不进行一一列举。

实施例2

此实施例是在实施例1的基础上进行的改进。

如图1、2所示,一种电阻率连续可控的合金板,进一步地,各粉末块由电阻率不同的金属粉末、陶瓷粉末混合后压制而成,各相邻粉末块的金属粉末、陶瓷粉末的混合比例不同,通过调整各粉末块中金属粉末、陶瓷粉末的混合比例即可改变各粉末块的电阻率,继而改变合金板各段的电阻率及电阻率的变化趋势。

位于合金板沿排列方向两端的粉末块具有一个斜面,位于端部粉末块之间的各粉末块具有两个斜面。如图1,以7个粉末块排列成平板结构为例,并依次定义各个粉末块为L1~L7,处于两端的粉末块L1、L7的截面为直角三角形,且两端的粉末块的体积相等,其余5个粉末块L2~L5的截面均为菱形,且粉末块L2~L5的体积相等。各个粉末块沿排列方向依次交错排列,定义平板的沿排列方向即长度方向为Z方向,宽度方向为Y方向、高度方向为X方向,并建立坐标轴。粉末块L2~L5的两个对角在竖直方向上处于同一个纵轴上,采用此方法排列得到的平板结构高温烧结后得到的合金板沿Z轴方向的电阻率变化趋势图如图2所示,由多段连续变化的倾斜曲线组成。合金板在两块粉末块的交错段的电阻率连续变化,且合金板整体的电阻率先增大后减小。通过调整各粉末块中金属粉末、陶瓷粉末的混合比例可以改变如图2中所示的各倾斜曲线段的倾斜斜率。也可以通过调整各菱形粉末块斜面的斜率大小,调整相邻粉末块交错面积,来改变如图2中所示的各倾斜曲线段的倾斜斜率大小。合金板各段不均匀发热,更加接近实际板型燃料元件、板式换热器的发热情况,模拟发热更加准确。

实施例3

此实施例是在实施例1的基础上进行的改进。

如图3、4所示,一种电阻率连续可控的合金板,各粉末块由电阻率不同的金属粉末、陶瓷粉末混合后压制而成,各相邻粉末块的金属粉末、陶瓷粉末的混合比例不同,通过调整各粉末块中金属粉末、陶瓷粉末的混合比例即可改变各粉末块的电阻率,继而改变合金板各段的电阻率及电阻率的变化。

如图3所示,以7个粉末块排列成平板结构为例,并依次定义各个粉末块为L1~L7,处于两端的粉末块L1、L7的截面为分别为梯形、直角三角形,其余5个粉末块L2~L5的截面均为平行四边形,且平行四边形相邻的两个边长长度不等,且粉末块L2~L5的体积相等。相邻的截面为平行四边形的粉末块的两个对角在竖直方向上不在一个纵轴上,即相邻的两个粉末块在竖直方向上一个粉末块仅有一部分位于另一个粉末块的上方或下方形成交错段、而另一部分即为非交错段。各个粉末块沿排列方向依次排列,定义平板的沿排列方向即长度方向为Z方向,宽度方向为Y方向、高度方向为X方向,并建立坐标轴。粉末块L2~L5的两个对角在竖直方向上处于同一个纵轴上,采用此方法排列得到的平板结构高温烧结后得到的合金板沿Z轴方向的电阻率变化趋势图如图4所示。合金板在两块粉末块的交错段的电阻率连续变化,表现在电阻率变化趋势图即为图4中所示的各个倾斜直线,而在非交错段的电阻率为定值,表现在电阻率变化趋势图即为图4中所示的各个与Z轴平心的线,且各个非交错段的电阻率等于未与相邻的粉末块交错的各粉末块自身的电阻率。且合金板整体的电阻率为先增大后减小。

通过改变各粉末块的斜面倾斜斜率、面积大小改变相邻粉末块交错部分、非交错部分的大小,进而改变如图4中所示的各与Z轴平行的线段的长度,通过调整各粉末块中金属粉末、陶瓷粉末的混合比例可以改变如图4中所示的各倾斜直线段的斜率。使合金板各段不均匀发热,更加接近实际板型燃料元件、板式换热器的发热情况,模拟发热更加准确。

实施例4

一种电阻率连续可控的合金板的制备方法,包括如下步骤:

(1)将电阻率不同的金属粉末、陶瓷粉末以不同比例混合均匀后,压制成为至少具有一个斜面的多个粉末块;位于合金板沿排列方向两端的粉末块具有一个斜面,位于端部粉末块之间的各粉末块具有两个斜面,各个粉末块斜面的斜率相同,位于端部粉末块之间的各粉末块的截面为平行四边形。位于端部粉末块之间的各粉末块的体积相同。

(2)将电阻率不同的粉末块相邻放置,各粉末块的斜面与相邻粉末块的斜面交错贴合排列形成沿排列方向延伸的平板结构;

(3)将(2)中得到的平板结构进行高温烧结即得一体结构的合金板。

其中具体地将各粉末块形成的平板结构高温烧结为金属板的技术为粉末冶金工艺,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即可高温烧鸡得到合金板,在此不进行详述。

具体地各实施例中的由不同电阻率的粉末材料压制得到粉末块的过程为现有的金属粉末压制技术,是在常温下、利用专用的模具压制而成,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。

且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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