1. 立项背景

中子吸收板通过其含有大量的中子吸收截面物质（如硼、镉、钆等）吸收热中子，从而抑制核裂变链式反应，主要用于核燃料与乏燃料贮存和运输中，以保证贮运的次临界安全。铝基碳化硼（B4C/Al）中子吸收材料是由B4C颗粒添加到铝基体中形成的一种新型铝基复合材料，因其硼含量高、密度低、热导率高等优点，近年来在国外已替代传统的硼不锈钢等中子吸收材料大量应用于核燃料/乏燃料高密度贮存和运输。我国由于核电商业化较晚，中子吸收板长期依赖进口，我国核燃料中子吸收板市场基本被美国Ceradyne(DWA)、HOTEC(METAMIC)等公司垄断，不仅价格极其昂贵，而且技术和供货周期受制于人，严重制约了我国核电自主化与走出去的发展战略。另外一方面，《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020）》中，大型先进压水堆及高温气冷堆核电站被列为16个重大专项之一，而中子吸收板是核电站的关键核心构件之一。同时随着我国国防建设的推进也急需实现中子吸收板供应的完全自主可控，因此，研发具有完全自主知识产权的中子吸收板材料和具有批量制造能力的中子吸收板生产工艺及设备，实现国产替代，迫在眉睫。

项目在国家科技部、陕西省科技厅和企业的多重支持下开展了研究工作，包括金属挤压/模锻设备与工艺创新能力平台建设(04专项)；陕西省大型工业铝型材挤压技术与装备工程技术研究中心(陕西省“13115”工程)；高性能特种工业铝合金型材挤压装备技术研究创新团队(陕西省重点科技创新团队)；36MN铝基陶瓷增强材料挤压生产线(安徽应流集团霍山铸造有限公司)；600 mm 铝基陶瓷增强材料板材轧制生产线 (安徽应流集团霍山铸造有限公司)等。

2. 主要技术内容、创新性和技术指标等

项目的主要创新工作包括：（1）研制出适用于硬度高、塑性差的核燃料中子吸收板用粉末冶金的卧式挤压机，构建了低速高精度的挤压过程速度闭环控制系统，实现了高效、高性能等温挤压，成功的实现了中子吸收板的挤压制坯；（2）研制出适用于硬度高、塑性差的核燃料中子吸收板的恒温可逆轧机，构建了温态轧制温度精确控制和板形综合控制系统，解决了难变形铝基碳化硼材料塑性极差可轧温度范围窄和无张力工况下综合板形不易控制的难题，实现了中子吸收板多道次恒温轧制板形的精确控制；（3）提出“粉末冶金+冷等静压+热挤+温轧”的中子吸收板成形新工艺，并构建了相应生产线的完整工艺数据库，实现了核燃料中子吸收板的高效、高性能的成形制造。

通过项目攻关，在国内首次建成了采用“挤压制坯+轧制成形”工艺制造核燃料中子吸收板的产业化基地，制造了质量合格、成本低的核燃料中子吸收板，打破了欧美对此的垄断，解决了国内无中子吸收板制造装备技术的“卡脖子”问题。生产的中子吸收板产品通过了中国核能行业协会的产品鉴定，产品性能达国际先进水平，可直接用于CAP系列核电站燃料贮存格架。设备性能指标和产品性能指标分别经国家冶金重型机械质量监督检测中心和中国核能行业协会检验，其创新性和先进性的主要技术指标如下：1) 挤压速度控制精度±0.05 mm/s；2) 挤压筒温度控制精度±5 ℃；3) 轧制速度Max.0.8 m/s；4)    轧制加热炉温控精度±1 ℃； 5)     轧机压下精度0.01 mm； 6) 中子吸收板3mm厚B¹⁰面密度0.0390±0.0005 g/cm²； 7) 中子吸收板实际密度占理论密度百分比100.53%； 8) 中子吸收板B4含量31%； 9) 抗拉强度430.6±24.9 MPa；10) 屈服强度348.0±11.5 MPa。所有技术指标均接近或高于国外同类产品。

3. 授权知识产权情况、经济效益和社会效益，及促进行业科技进步作用等

项目的实施获授权发明专利8件，实用新型专利6件，制定行业标准2部，发表论文4篇，项目经陕西省机械工程学会鉴定：“该项目总体技术达到了国际先进水平，其中中子吸收板粉末冶金的热挤压技术居国际领先水平”。生产的产品通过了中国核能行业协会的产品鉴定，鉴定委员会（由5位院士和多位专家组成），一致认为：“项目装备及产品具有完全的自主知识产权，达到国际先进水平，产品可直接用于CAP系列核电站燃料贮存格架，还可推广应用到其他核电站和各类核设施，具有良好的经济和社会效益。”核燃料中子吸收板“挤压+轧制”复合成形新工艺装备通过国家冶金重型机械质量监督检验中心的检验，所检验35项技术指标全部达标。项目的核心技术成为金属挤压/模锻设备与工艺创新能力平台(04专项)和陕西省“四主体一联合”轻合金工业铝材加工装备工程技术研究中心的主要研究内容，项目由陕西省重点科技创新团队承担，技术负责人入选中组部“万人计划”科技创新领军人才，项目负责人获得陕西省首届国有企业青年创新创效大赛优秀奖，陕西省创新方法大赛二等奖、国机重装首届“十佳科技标兵”等荣誉称号，研究单位是科技部科技创新人才培养基地。相关技术推广应用挤压机和轧机超过30台（套），近三年为中国重型院创造的销售额125797.7万元。为用户单位节约设备资金投入2000万元，年产值达到1.35亿元/年，利润超过756万元/年。

项目建成的核燃料中子吸收板“挤压+轧制”复合成形制造生产线，具备批量制造能力，成功批量制造出高性能的核燃料贮存格架用中子吸收板；具有优异中子吸收能力，所有技术指标均满足中核集团“华龙一号”核电机组和国电投集团“AP1000”、”CAP1400”核电机组性能要求，并应用于山东海阳、福建福清等核电站，填补了我国在该产品和其加工设备的空白，突破了制约我国核燃料贮存和运输设备国产化的瓶颈，打破了国外厂家在此类产品上的垄断，满足了国家的重大需求，解决了国内无中子吸收板制造装备技术的“卡脖子”问题。相关关键技术的推广应用将进一步为我国核电、军工和船舶等行业提供大量优质的核燃料中子吸收板，为以上行业的发展奠定基础并创造良好的经济效益和社会效益，同时对推进我国核能事业自主创新发展意义重大。