先进核能材料的辐照损伤效应

反应堆中,结构材料需要经受高温、高剂量辐照等极端条件的考验,其性能表现极大程度地影响着反应堆运行的安全性与经济性.因此,为了促进先进核能系统的发展,我们急需研发具有更强性能的先进核能结构材料.近年来,两类材料(MAX相材料以及纳米晶结构钢)受到了核能材料领域的广泛关注,二者具有独特的微观结构以及宏观性能,因此也被视为核能系统中的候选结构材料.本文回顾了辐照条件下两种材料在实验和理论研究方面的最新进展,重点阐述了辐照引起的二者结构演化机理;元素种类和结构因素对MAX相抗辐照性能的影响;以及新型结构材料抗辐照损伤策略等.通过本文的系统梳理,我们将帮助读者深入得认识、理解核能结构材料的辐照效应.     

三元层状化合物MAX相的研究进展

三元层状化合物MAX相是一种新型结构功能材料,兼具金属和陶瓷的优良性能。本文综述了MAX相及其复合材料的合成方法、组织结构及相关物理特性与机械性能,并预测了MAX相今后的发展趋势。     

原位反应烧结制备熔盐/尖晶石复合高温相变储能材料的研究

以电熔镁砂和白刚玉为镁铝尖晶石陶瓷基体原料,以氯化钾、氟化钾复合盐为相变材料,用原位反应烧结法制备熔盐/尖晶石复合高温相变储能材料,研究烧结温度、熔盐含量对熔盐/尖晶石相变储能材料性能的影响.采用XRD和SEM对材料进行表征,通过DSC分析测定材料相变潜热,结果表明,烧结温度为1 000 ℃和熔盐含量为40%时,所制备的储能材料的相变潜热为70.98 kJ/kg,蓄热密度为240 kJ/kg(ΔT=100 ℃),储热性能较好.     

熔融碳酸盐燃料电池新型阴极材料的耐蚀性能

通过对几种新型的钙钛矿结构材料在熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)熔盐电解质(Li0.62K0.38) CO3中的耐蚀性能的研究,探讨了这些材料用作MCFC阴极的可行性.研究表明:SrFe0.5Co0.zO3虽然有着优良的混合导电特性,但在高温熔盐中腐蚀严重;La0.8Sr0.2MnO3,La0.8Sr0.2Ce0.1Mn0.9O3和La0.8Sr0.2Ni0.1Mn0.9O3在高温熔盐中严重锂化,且Sr大量溶解;而经Li2O掺杂的LaMnO3(Li与La的摩尔比为1:1),在高温熔盐中的稳定性良好.     

Dy_2O_3改性YSZ相稳定性及熔盐腐蚀行为

以固相烧结法制备不同含量Dy_2O_3掺杂的YSZ陶瓷材料(DYSZ),通过XRD和SEM等表征手段研究了DYSZ材料的相稳定性及熔盐腐蚀行为.结果表明:在1500℃热处理24 h后,Dy_2O_3摩尔分数为6%的DYSZ材料有少量单斜相出现,随着掺量的增加,材料表现良好的相稳定性;在低温老化处理过程中,DYSZ材料具有较8YSZ材料更好的相稳定性.在熔盐腐蚀条件下,稳定剂Dy_2O_3优先析出与V2O5熔盐反应生成DyVO4,造成t/c-ZrO2向单斜相转变,相变应力及腐蚀产物生成与不规则生长造成材料的开裂失效.     

椰壳类活性炭高温改性及吸附铝电解质熔盐中K~+的性能

利用SEM,ASAP2000M和FTIR对高温改性前后的椰壳活性炭的表面性能进行检测分析,并通过吸附铝电解质熔盐中K~+的实验对吸附动力学过程进行分析,研究高温改性对活性炭表面性能的影响和高温改性后活性炭吸附熔盐中K~+的性能.表面性能检测的分析结果表明,活性炭经过高温改性后比表面积由918 m~2/g提升至2 544 m~2/g,表面孔径分布得到优化,并且具有去除表面杂质的作用;同时,高温改性前后活性炭的表面官能团种类没有发生明显变化,说明高温改性后的活性炭能够在铝电解质熔盐中保持稳定的结构.吸附实验数据的分析结果表明,活性炭在铝电解质熔盐中吸附K~+的过程符合准二级动力学模型;并且,经35 min后达到吸附平衡,K~+最大吸附量为20.8 mg/g.     

钍基熔盐堆关键材料的辐照损伤研究进展

熔盐堆是第4代核电站的主力堆型之一,也是唯一的液体燃料反应堆,其高温、氟化物熔盐腐蚀及中子辐照等极端环境对其关键材料(包括结构材料以及核石墨材料)的综合性能提出了苛刻的要求。辐照损伤会严重影响材料的机械性能和耐腐蚀性能,是熔盐堆关键材料面临的重要问题之一。从熔盐堆工况特点及其对材料的基本需求出发,综述了熔盐堆关键材料研究进展,并重点介绍了国内外熔盐堆关键候选材料的辐照损伤研究进展,指出了其辐照损伤的研究现状及存在的问题。     

正极材料尖晶石LiMn2O4掺杂Ce6+的合成与性能研究

由高温固相法合成了锂离子电池正极材料尖晶石LiCexMn2-xO4(x=0～0.5),并经XRD和电化学等测试。实验结果表明,材料LiCe0.03Mn1.97O4在常温和高温下都具有较好的循环性能和电化学性能。     

尖晶石型LiMn2O4高温电性能的研究

采用熔盐浸渍法用不同的锂锰源(LiNO3、LiOH*H2O、EMD、CMD)制备了4种尖晶石型LiMn2O4正极材料.对材料进行了XRD结构表征,采用最小二乘法计算了样品的晶格常数.采用BET法测定了各样品的比表面积,测定了各样品的电导率.检测了各样品在高温下的贮藏和循环性能,在高温下作了循环伏安分析.结果表明虽然各样品均属于立方尖晶石结构但晶格常数和比表面积均不相同.以LiOH*H2O和EMD为原料制得的样品的极化最小,在高温下的循环性能最好.     

正极材料尖晶石LiMn2O4掺杂Ce^6＋的合成与性能研究

由高温固相法合成了锂离子电池正极材料尖晶石LiCexMn2-x O4（x=0-0．5），并经XRD和电化学等测试。实验结果表明，材料LiCe0.03 Mn1.97 O4在常温和高温下都具有较好的循环性能和电化学性能。     

铝电解用SiC-Si_3N_4绝缘侧壁材料耐腐蚀性能测试方法

研究了氮化硅结合碳化硅材料耐腐蚀性能的测试方法.这种方法是在冰晶石-氧化铝熔盐体系中通入二氧化碳气体来模拟实际电解过程中电解槽内部的工作状态.试样置于盛有高温熔盐的石墨坩埚中,二氧化碳气体的通入造成试样的动态腐蚀,测定电解质和二氧化碳气体共侵蚀作用下的试样体积变化率.与静态电解质腐蚀方法所得实验数据比较,试样腐蚀程度高很多,说明二氧化碳气体对试样的耐腐蚀性能影响很大.应用该方法对三个不同厂家所生产的氮化硅结合碳化硅材料进行动态腐蚀测试,并采用该方法制定的测试标准对试样的耐腐蚀性能进行评价.结果表明,该测试方法简单,易操作,且能够真实模拟电解槽内衬材料在铝电解槽中的腐蚀状态,并且对于试样的性能有...     

熔盐法制备CaTiO3∶Pr^3＋荧光粉及其发光性能的研究

以CaCl2为熔盐,采用熔盐法制备了CaTiO3∶Pr3＋红色荧光粉,应用XRD、SEM、荧光分光光度计等测试手段研究了熔盐法制备对粉体结构、形貌和发光性能的影响。结果表明,以CaCl2为熔盐800℃时保温4h,已完全转变为CaTiO3相,与固相法相比,CaTiO3相的完全转变温度降低了400℃,荧光粉的发光强度提高了1.5倍。     

特殊形貌纳米氧化锌的吸波性能研究

纳米ZnO作为一种新型吸波材料受到广泛关注,但对非c轴生长的ZnO纳米结构材料的吸波性能还缺乏系统研究.为了探讨ZnO纳米晶体的形貌对其吸波性能的影响,在熔盐、类离子液体等强极性介质中,合成了枝晶状、片状、锥状等非c轴生长的ZnO纳米结构材料,用XRD、SEM、TEM等对其物相、形貌进行了表征,对不同形貌的ZnO纳米结构材料的电磁性能与吸波性能进行了系统的分析,并与商品ZnO微粉的吸波性能进行了比较.结果表明,ZnO纳米片的吸波效果较好.复合了磁性材料后,ZnO的吸波性能有明显提高.     

多元氯化物熔盐储能材料的制备及其热性能评价

采用静态熔融法制备了以六水氯化镁、氯化钠和氯化钾为原料的10种不同质量比的多元混合氯化物熔盐。通过TG-DSC测试手段,测定其熔点、相变潜热等热物性参数,并优选出熔点低、相变潜热大的混合氯化物熔盐,确定最佳质量比,进而考察熔盐在不同温度下灼烧不同时间的质量损失,以评价其热化学稳定性。实验结果表明,当六水氯化镁、氯化钠、氯化钾的质量比为4∶5∶1时,制备的多元混合氯化物熔盐的熔点最低,为405.7℃,相变潜热为113.0 J/g,最佳工作温度范围为455℃~800℃。在800℃以下,该混合氯化物熔盐具有较好的热稳定性,是一种较为理想的高温熔盐相变储能材料。     

刚玉-莫来石推板高温行为和显微结构

采用三点弯曲法对两种刚玉-莫来石推板产品的高温断裂强度和1400℃下的高温抗弯蠕变进行了对比研究.结果表明,进口推板材料具有较高的高温断裂强度和较好的高温抗弯蠕变性能,其结构特点是以红柱石颗粒为骨料,基质中形成良好的薄膜状莫来石结合刚玉的结构,玻璃相含量极低.国产推板尽管基质中莫来石已形成网络结构,但内部存在少量玻璃相,使得高温断裂强度较低,高温抗弯蠕变性较差.莫来石形态和玻璃相的存在是影响材料高温性能的决定因素.     

铝电解用SiO-Si3N4绝缘侧壁材料耐腐蚀性能测试方法

研究了氮化硅结合碳化硅材料耐腐蚀性能的测试方法.这种方法是在冰晶石-氧化铝熔盐体系中通入二氧化碳气体来模拟实际电解过程中电解槽内部的工作状态.试样置于盛有高温熔盐的石墨坩埚中.二氧化碳气体的通入造成试样的动态腐蚀,测定电解质和二氧化碳气体共侵蚀作用下的试样体积变化率.与静态电解质腐蚀方法所得实验数据比较,试样腐蚀程度高很多,说明二氧化碳气体对试样的耐腐蚀性能影响很大.应用该方法对三个不同厂家所生产的氮化硅结合碳化硅材料进行动态腐蚀测试,并采用该方法制定的测试标准对试样的耐腐蚀性能进行评价.结果表明,该测试方法简单,易操作,且能够真实模拟电解槽内衬材料在铝电解槽中的腐蚀状态,并且对于试样的性能有较好的评价.     

锆酸锂的合成及其吸收CO2性能研究

以纳米级四方相ZrO2(t)为反应物,采用高温固相法合成了在高温下可直接吸收CO2的Li2ZrO3材料。用扫描电子显微镜(SEM)、X-射线粉末衍射仪(XRD)分别分析了所合成材料的表面与结构特征,使用热重分析仪(TG)研究了Li2ZrO3材料吸收CO2的性能。实验结果表明,吸收温度影响材料吸收CO2的性能,500℃下Li2ZrO3材料具有最佳的CO2吸收性能。此外,CO2气体流量、Li2ZrO3材料样品重量以及升温速率均影响材料吸收CO2的性能。     

稀土元素La,Y对钨材显微组织和性能的影响

本文借助金相显微镜、扫描电镜、透射电镜、X射线衍射技术等手段研究了稀土钨加工材的显微组织和性能、稀土第二相粒子在加工和退火过程中的变化规律及稀土钨材的再结晶行为特征。结果表明:稀土元素La,Y的存在强烈地抑制垂熔过程中钨晶粒的长大,而且Y的抑制作用更为显著;随着加工过程的进行,将发生大尺寸第二相粒子的变形和破裂而小尺寸粒子不变形的过程,这一过程将改变第二相粒子在钨基体中的弥散状态,最终影响到钨材的加工性能、再结晶行为及热电子发射性能;此外第二相粒子在高温下的稳定性也是影响材料高温性能、再结晶行为和热电子发射性能的关键因素。     

反应烧结碳化硅材料的Na_2CO_3熔盐腐蚀行为研究

研究了在 10 0 0℃空气中的Na2 CO3 熔盐对反应烧结SiC材料的腐蚀行为 .研究结果表明 ,Na2 CO3 熔盐加速了材料的高温氧化失效 ,其腐蚀动力学过程主要包括 3个阶段 :第 1阶段是SiO2氧化膜快速溶解所造成的快速失重阶段 ;第 2阶段为材料表面液相膜形成所引起的快速氧化 (增重 )阶段 ;第 3阶段是由于熔体底部形成一层保护性SiO2 氧化膜所表现出的慢速氧化 (增重 )阶段 .因此 ,Na2 CO3 熔盐的作用使得材料表面形成大量蚀坑 .     

镁橄榄石质隔热材料的制备及其性能研究

以天然镁橄榄石和NaCl为原料,采用熔盐法制备镁橄榄石质隔热材料.研究不同熔盐配比和烧结温度对材料显气孔率、体积密度和耐压强度的影响,并利用X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)对其相组成及微观形貌进行表征.结果表明,熔融的NaCl提供了液相环境,促进了镁橄榄石的烧结,经过水溶液处理后,NaCl溶于水中,其占据的空间形成了气孔;烧结温度为1 100℃,熔盐含量为50％时,制得的隔热材料有较低的体积密度、较高的显气孔率和耐压强度,气孔分布更均匀,材料的隔热性能较佳.