预加载应力对石墨IG-11热膨胀行为的影响

以10 MW高温气冷实验堆(HTR-10)内的结构石墨IG-11为研究对象,在石墨砖的不同位置沿正交方向取样,在1 900℃下进行退火处理以消除试样内的残余应力,随后对两个正交方向上的试样分别预加载25 MPa和35 MPa的压缩应力,载荷保持2 min后卸载,测量试样在35~500℃内的线性热膨胀系数(CTE),与未加载试样对比发现,预加载应力对石墨IG-11的热膨胀行为有着显著影响,预加载后石墨IG-11的轴向(平行于加载方向)平均CTE明显增大,且预加载应力越大,石墨试样的平均CTE增幅越大。预加载应力后石墨IG-11的平均CTE仍保持各向同性。预加载应力对石墨IG-11热膨胀行为的影响可能主要与应力作用下石墨内部微裂纹的闭合有关。     

压缩应力下石墨IG-110热膨胀系数的测量及验证

采用应变电测法测量压缩应力状态下石墨IG-110的热膨胀系数,分析不同压缩应力对IG-110热膨胀系数的影响.结果表明,压缩应力对IG-110的热膨胀系数影响显著.与未加载时相比,分别加载20、30、40 MPa压缩应力石墨试样平行加载方向的平均热膨胀系数由3.71×10~(-6) K~(-1)逐渐增大至4.20×10~(-6)、4.41×10~(-6)、4.78×10~(-6) K~(-1),分别提高约13.2%、18.9%和28.8%;而垂直加载方向的平均热膨胀系数则由4.03×10~(-6)K~(-1)逐渐减小至3.80×10~(-6)、3.79×10~(-6)、3.75×10~(-6)K~(-1),分别降低约5.7%、6.0%和6.9%.压缩应力状态下石墨热膨胀系数的变化可能与应力导致石墨内部微裂纹的张开和闭合有关.     

喷雾干燥法制备粉末橡胶及其硫化性能研究

以超声分散的炭黑悬浮液填充天然胶乳,采用喷雾干燥法制备粒径小于5μm的粉末橡胶。结果表明,对于固形物质量分数约为0.1的炭黑/天然胶乳悬浮液,当喷雾干燥机的浆料进口温度约180℃、进给量约15%、吸气量为100%时,粉末橡胶制备过程较为顺利且制得的粉末橡胶颗粒细小、尺寸均匀;在相同的硫化条件下,与机械混炼法相比,喷雾干燥法制得的粉末橡胶硫化性能显著改善,硫化曲线的转矩峰值提高约1倍;粉末橡胶对氧化锌、硬脂酸、硫黄、促进剂CZ和DM的需求量更大,当以上小料用量均提高至普通机械混炼胶料2倍时,粉末橡胶硫化曲线的转矩峰值大幅度提高,由约30 N.m提高至约60 N.m,比普通机械混炼胶料提高约3倍。     

HTR堆内碳素构件孔结构及吸湿特性研究

通过压汞法、N₂吸附法,结合SEM研究了石墨（IG-110）和含硼炭砖（BC）的孔结构,采用XPS分析了材料表面基团,测试了两种材料在不同湿度环境下的动态吸湿过程,分析了孔结构、表面基团、环境湿度对吸湿量的影响,为高温气冷堆（HTR）堆内碳素构件的防潮、除湿提供科学参考。结果显示：BC拥有发达的5 μm以上开口大孔,存在广泛的中孔级别裂隙;IG-110则绝大多数为开口孔隙,1～5 μm的孔隙较为集中。开口孔径的大小和数量是影响吸湿的重要因素。BC平衡吸湿量明显大于IG-110平衡吸湿量;两种材料在不同湿度条件下初始2 h内的吸湿量急速增长;不同湿度条件下,一般在5～8 h内都能达到平衡,在25 ℃下湿度为60%～90%时平衡吸湿量随湿度呈线性关系。     

UO2凝胶球陈化洗涤干燥工艺研究

通过加入预陈化过程、控制陈化时的升温速率,使凝胶球内外完全胶凝且均匀一致;通过洗涤时去离子水温度及洗涤次数的控制,避免小球开裂,减少废液量;通过干燥时真空度与温度的调节,避免小球开裂,均匀干燥。采用重络酸钾滴定的方法测量了陈化液中NO3-浓度随陈化时间的变化,进而判定陈化结束的时间;测量了洗液中NO3-浓度,进而判定洗涤过程是否结束。采用该陈化洗涤干燥工艺顺利完成了多批次的验证试验,最终制备出了满足设计要求的UO2核芯。所采用的陈化洗涤干燥3个工艺步骤在一台设备中顺序完成,适用于大批量UO2凝胶球(～3kgU/批次)的制备,可用于规模化的生产。     

溶胶-凝胶法制备二氧化铀核芯的U3O8欠酸溶解工艺

在UO₂核芯的制备工艺中,为获得高浓度铀的硝酸铀酰溶液,同时降低溶液中硝酸根含量,即获得低于硝酸铀酰标准化学计量比（硝酸铀酰中硝酸根与铀酰离子化学计量比为2）的溶液,必须采用欠酸溶解工艺。本文采用分批加料和阶段性加热方式获得了很好的溶解效果,得到的硝酸铀酰溶液中U含量为2.1～2.5 mol/L,NO₃^-和U的摩尔浓度比为1.6～1.8,溶液pH大于1.4,从而成功制备出合格的欠酸溶解的硝酸铀酰溶液。在此基础上,根据多次溶解试验的结果总结出了溶液密度与U含量的经验公式。     

机械混炼对碳纳米管/丁苯橡胶复合材料的影响

为研究机械混炼对碳纳米管(CNTs)/粉末丁苯橡胶(SBR)复合材料性能的影响,从而获得性能优异的CNTs/SBR复合材料,联合采用喷雾干燥法和机械混炼法,制备高填充量CNTs/SBR复合材料.将喷雾干燥法制备的CNTs/粉末SBR复合材料在开炼机上机械混炼,对比分析混炼前后试样的物理和力学等相关性能,并对其微观形貌进行检测.结果表明,机械混炼使CNTs获得进一步的分散,与SBR基体间作用力得到增强,与混炼前相比,混炼后试样的玻璃化转变温度、交联度和常规力学性能均得到提高,当CNTs加入量为50phr时,混炼后复合材料的拉伸强度和撕裂强度分别为13.1MPa和39.8kN/m,比混炼前试样分别提高了约80%和20%.     

碳纳米管/NR复合材料的硫化特性

对机械混合制备的碳纳米管(CNTs)／NR复合材料硫化性能进行研究。结果表明，与炭黑补强胶料相比，加入CNTs后，NR胶料的焦烧时间略有延长，硫化返原现象减轻。应用几种不同工艺预处理的CNTs进行试验发现，除经混酸氧化处理CNTs对NR硫化产生明显迟滞效应外，其它几种CNTs填充胶料的硫化特性变化不大。应用CNTs填充橡胶材料，混炼胶中硫黄的用量应适当增大。     

球形燃料元件热处理中尺寸和质量的变化

为实现高温气冷堆球形燃料元件先车削后炭化和高温纯化等热处理的工艺,必须对热处理过程中元件的尺寸和质量等参数的变化及其影响因素进行研究。研究表明,炭化过程中基体石墨球毛坯的平均失重约占热处理过程中毛坯总失重的99.7%,毛坯沿赤道和两极方向的平均尺寸收缩率分别约为0.64%和0.88%,呈现一定的各向异性;而高温纯化过程中,毛坯的微量失重主要是由于位于热解炭与边缘的氢原子发生断裂所致,其沿赤道和两极方向的尺寸收缩率分别为0.24%和0.25%,为各向同性,主要与高温下热解炭结构中石墨的有序化有关。热解炭石墨有序化程序的提高有利于提高球形燃料元件的综合性能。     

添加碳纳米管丁苯粉末橡胶的制备

将碳纳米管与丁苯胶乳共混制成碳纳米管／丁苯胶乳悬浮液，通过喷雾干燥制得碳纳米管／丁苯粉末橡胶。考察不同进给量、不同进气温度及添加炭黑对喷雾干燥法制得的粉末橡胶及颗粒间隔离效果的影响。结果表明，在进给量为240mL／h、进气温度160℃时，制得的粉末橡胶分散隔离较好，加入适量炭黑得到的粉末橡胶成型和分散更好。