大晶粒UO2燃料芯块性能研究进展

大晶粒UO2芯块相比于传统UO2芯块而言,具有更低的辐照肿胀、更低的裂变气体释放量以及优异的抗芯块-包壳相互作用的能力.大晶粒UO2芯块作为高燃耗、长换料周期新型燃料具有很大的应用潜力,近年来受到越来越多的关注.国内外学者针对大晶粒UO2芯块开展了大量的研究,包括芯块的微观结构、烧结特性以及辐照行为等,结果表明,大晶粒UO2芯块在高燃耗和长换料周期条件下表现出优异的堆内性能,在提高压水堆核电站的经济性的同时,可以有效提高其安全性.近年来,研究人员针对大晶粒UO2芯块在欧洲、美国、俄罗斯和中国等国开展了大量的堆内辐照考验,考验的环境包括压水堆、沸水堆和高温堆等.对大晶粒UO2芯块堆内、外性能的相关研究,为芯块制备、堆内性能预测、反应堆燃料元件设计以及燃料元件工业化生产提供了支撑.本文根据国内外关于大晶粒UO2燃料芯块的研究进展,系统总结了大晶粒UO2芯块微观结构、堆外热-力学性能、大晶粒UO2芯块堆内行为,介绍了不同掺杂类型大晶粒UO2芯块的性能,分析了大晶粒UO2燃料元件行为,并指出了大晶粒UO2芯块应用所面临的问题.     

三元硼化物基金属陶瓷的液相烧结及其应用

介绍了三元硼化物基金属陶瓷的发展现状,以ＭＯ_２ＦｅＢ_２基金属陶瓷ＫＨＭ为例,对三元硼化物基金属陶瓷的原位反应液相烧结工艺过程、烧结机理和力学性能及其应用进行了综述,并对它的应用前景和发展趋势进行了展望．     

无压烧结合成纯Ti3SiC2及其晶体生长机理

在1400℃,用Ti,Si,C,Al,NaCl原料,氩气保护下无压烧结合成出纯净的、层状的Ti3SiC2陶瓷。用X射线衍射、扫描电子显微镜,透射电子显微镜对Ti3SiC2陶瓷的物相、表面形貌、微观结构进行表征。对合成出的Ti3SiC2陶瓷的微观形貌进行观察,发现Ti3SiC2晶体中有规整的六方形状的层状晶体,提出了Ti3SiC2晶体的自由生长的机理。Ti3SiC2晶体的生长机理由二维成核理论控制,台阶状晶体生长的形貌表明(002)晶面的生长要经过两个独立的过程。添加NaCl,有助于生成高纯度的层状Ti3SiC2陶瓷。     

SPS烧结制备TiB2/TiC复合材料

采用金属钛粉和碳化硼为初始粉料,利用SPS放电等离子烧结技术制备了致密的纳米结构TiB2/TiC复合材料.并借助XRD、SEM考察了复合材料的相组成和显微结构,利用压痕法和小样品力学性能测试方法(MSP)测定了室温显微硬度、断裂韧性和MSP强度.研究结果表明:利用一步法直接升温至1550℃并保温6 min制备的复合材料,其晶粒尺寸大于1μm,MSP强度为833 MPa.而采用两步法升温至1550℃,然后迅速降低保温温度至1450℃,并保温6 min条件下使金属钛粉和碳化硼同步完成反应、烧结、致密化,生成晶粒细小的TiB2/TiC复合材料,晶粒尺寸大约为200 nm,并且所制备的复合材料力学性能更好,MSP强度达到1095 MPa.     

以Al-B4C-C为烧结助剂的SiC陶瓷液相烧结研究

尝试以含Al,B,C的化合物烧结助剂进行α－SiC粉末的无压烧结，研究了烧结助剂中Al和B的配比，烧结温度，保温时间等因素对烧结体密度和力学性能的影响。结果表明，最佳保温时间为1h；当烧结温度为1850℃以上时，烧结体的相对密度达到了90％；当Al/B=3和4时，烧结体的性能相对较好，XRD显示了Al8B4C7相的存在，表明在烧结过程中反应生成了Al8B4C7，烧结机制是液相烧结。扫描电镜照片显示了断面结构和晶粒形貌。     

涂层梯度液相烧结的扩散与输运动力学分析

本文分析了热喷涂梯度液相烧结时液相迁移和元素扩散的动力学过程,建立了相应的数学模型,并给出了实测数据,最后,讨论了界面扩散对基材的影响。     

第一性原理方法探讨氮气在UO2(111)表面的吸附行为

采用第一性原理计算模拟方法对氮气分子及原子在UO2(111)表面的吸附行为进行了系统的研究。计算结果表明,N2在UO2(111)表面倾向于以分子吸附的形式存在,其最稳定的吸附构型为分子中心位于氧原子顶部或三重洞位的情形。两种构型下的N-N键的两端均指向相邻的另外两个高对称吸附位置。对于氮原子的表面吸附,发现其位于第二子层的铀原子的上方时最为稳定,吸附能为-4.792eV,为较强的化学吸附。而对次表面吸附的考察发现,氮原子嵌入最外氧原子层时的稳定性高于表面上吸附的情形。态密度分析表明,对于氮原子吸附,N 2p与U 5f电子态在费米能级附近有非常明显的轨道杂化,表明氮原子主要与铀原子发生了化学作用,N-U键存在共价成分。     

涂层梯度液相烧结的扩散与输运动力学分析

本文分析了热喷涂梯度液相烧结时液相迁移和元素扩散的动力学过程 ,建立了相应的数学模型 ,并给出了实测数据 ,最后 ,讨论了界面扩散对基材的影响。     

Cr3C2对WCoB-TiC金属陶瓷组织和性能的影响

以WC、TiB2和Co粉末为原材料,采用原位反应液相烧结工艺,在1400℃真空烧结炉中制备了WCoB-TiC复相金属陶瓷.利用FE-SEM、EDS和XRD等技术,研究了不同含量晶粒长大抑制剂Cr3C2对WCoB-TiC金属陶瓷组织和性能的影响.结果表明,添加Cr3C2能有效抑制WCoB-TiC金属陶瓷晶粒异常长大,使得材料获得更均匀细小的微观组织,并且提高硬度和耐磨性能.随着抑制剂Cr3C2含量的增加,金属陶瓷的晶粒更细小均匀(晶粒尺寸可达1.0μm),硬度随之升高到91.0HRA,并且耐磨性能得到明显改善,磨损损失质量远小于未添加Cr3C2的试样.     

不同烧结工艺对K0.5Na0.5NbO3陶瓷微结构的影响

采用普通烧结方法和热压烧结方法制备了K0.5Na0.5NbO3(KNN)无铅压电陶瓷.着重研究了两种烧结工艺对陶瓷的微观结构、晶粒形貌及致密度的影响.研究结果表明,两种烧结方法制备的陶瓷样品都具有单一的正交钙钛矿结构,与普通烧结工艺相比,利用热压烧结工艺制备的样品呈现较高的相对密度(大于98%)、较小的晶粒尺寸(0.6μm左右)及较低的介电损耗(1 kHz,tanδ≤2.8%).实验中发现对于热压烧结的样品,通过改变后期退火温度,样品的晶粒尺寸,致密度可以有规律地变化.     

低温烧结Nb2O5-Bi2O3-ZnO系高频介质陶瓷

本文研究液相添加剂（ Ｃｕ Ｏ、 Ｖ２ Ｏ５ 、 Ｌｉ Ｆ、 Ｐｂ Ｏ、 Ｈ３ Ｂ Ｏ３ 、 Ｂｉ２ Ｏ３） 对 Ｎｂ２ Ｏ５ Ｂｉ２ Ｏ３ Ｚｎ Ｏ 系陶瓷的烧结和介电特性的影响基于实验结果, 研制的 Ｎｂ２ Ｏ５ Ｂｉ２ Ｏ３ Ｚｎ Ｏ 系陶瓷的烧结温度９００‘ Ｃ, 介电性能为： εｒ ＝ １５０ ～１７０ , ｔａｎ δ＝ ０００２ ～０００８ （１００ Ｍ Ｈｚ） , 电容温度系数（ Δ Ｃ Ｃ） ±５ ％（１ Ｍ Ｈｚ）     

纳米Y-TZP材料烧结过程晶粒生长的分析

分析了无压烧结、热压烧结及SPS烧结过程中晶粒生长的行为及表现活化能．结果表明：在1100～1300℃之间,纳米Y-TZP材料在以上几种烧结条件下的晶粒生长行为不同．无压烧结时晶粒生长较慢,而热压烧结和SPS烧结时晶粒生长较快．对晶粒生长的活化能分析可在一定程度上解释以上现象．分析结果显示：无压烧结的表观活化能为281kJ／mol与纳米Y－TZP材料的晶界扩散活化能相近;热压烧结过程中,由于外压对扩散的促进作用,活化能比无压烧结时略有降低;在SPS烧结过程中,由于外加的脉冲电流能使晶粒表面大大活化,所以活化能与无压烧结相比大幅度下降．     

纳米TiO2晶粒生长动力学研究

研究了纳米ＴｉＯ２粒子热处理过程的晶粒生长,结果表明:低于８２３Ｋ锐钛矿晶粒的长大速率较小,８２３Ｋ后锐钛矿晶粒的长大速率显著增加．锐钛矿晶粒的生长动力学符合五次方方程,表观生长活化能由于纳米尺寸和相变效应的影响在高温区和低温区表现不同,高于８２３Ｋ时为(２０１．５５±５．６２)ｋＪ/ｍｏｌ,低于８２３Ｋ时为(３８．６７±６．３７)ｋＪ/ｍｏｌ;金红石晶粒的生长符合二次方方程,表观生长活化能为(１０８．７２±５．０６)ｋＪ/ｍｏｌ．     

微波和真空烧结制备La2O3掺杂Al2O3透明陶瓷

通过共沉淀法制备La2O3掺杂Al_2O_3纳米粉,粉体经压制后分别采用微波和真空烧结制备Al_2O_3透明陶瓷。结果表明:Al_2O_3粉末颗粒大小均匀,近似球形,为40~60nm;两种烧结方式制备的试样XRD图中均为α-Al_2O_3,未检测到其它相。La2O3掺杂量为1%时,随烧结温度升高,两种烧结方法得到的Al_2O_3陶瓷的相对密度和抗弯强度均呈上升趋势,且微波烧结陶瓷的相对密度和抗弯强度明显高于真空烧结。1500℃烧结时,随La2O3掺杂量的增加,Al_2O_3陶瓷的相对密度均先增大后减小,当La2O3掺杂量为1%时,Al_2O_3陶瓷的相对密度和抗弯强度均最大。微波烧结陶瓷的透光率明显高于真空烧结,且其断口晶粒比真空烧结明显细少。     

反应烧结制备Li2Zn2Mo3O12微波介质陶瓷及其微波介电性能研究

采用反应烧结法制备了具有超低烧结温度的Li₂Zn₂Mo₃O₁₂微波介质陶瓷,研究了烧结温度对Li₂Zn₂Mo₃O₁₂陶瓷的烧结特性、物相组成、微观结构以及微波介电性能的影响。XRD表明：在550～650℃范围内,温度对陶瓷的物相组成影响不大;随着烧结温度的升高,Li₂Zn₂Mo₃O₁₂陶瓷的体积密度、相对密度、介电常数(ε_r)和品质因数(Q×f)均呈先增大后减小的趋势,谐振频率温度系数(τ_f)在-(70～90)×10^-6/℃波动。在625℃烧结2 h获得最大体积密度和相对密度：4.25 g/cm³和96.4%,以及优异的微波介电性能ε_r=10.9,Q×f=69 459 GHz,τ_f=-84×10<...     

放电等离子超快速烧结 SiC-Al2O3纳米复相陶瓷

本文介绍用非均相沉淀法制备的纳米SiC-Al     

固相反应法制备MgAl2O4纳米粉体及其烧结行为研究

在800℃下煅烧Al(OH)3和MgSO4混合粉末,冷却后经过水洗得到了结晶良好的MgAl2O4纳米粉体.采用DSC/TG、XRD、TEM和SEM等分析手段研究了混合粉末中Mg/Al原子比对颗粒尺寸及团聚状况的影响,以及MgAl2O4纳米粉体的烧结性能.所制备的MgAl2O4纳米粉体平均颗粒尺寸为12 nm,尺寸分布窄,团聚少.MgAl2O4的生成归因于γ-Al2O3和MgSO4的固相反应.MgAl2O4纳米粉体显示了良好的烧结活性,在1450℃烧结1 h即能获得相对密度为95%的MgAl2O4陶瓷.     

Y2O3添加对MA-CA2-CA6复合材料烧结行为的影响

为适应材料轻量化的发展需要,在1 400~1 600℃条件下制备了MA-CA_2-CA_6复合材料,并考察了添加Y_2O_3对该复合材料烧结行为的影响。结果表明,添加的Y_2O_3固溶入了CA_6、MA相中,Y~(3+)通过取代Ca~(2+)、Mg~(2+)有效地促进了MA晶粒的提前长大,抑制了CA_6晶粒的异常长大;另一方面,添加过量的Y_2O_3与体系中的Al_2O_3反应生成Y_3Al_5O_(12)新相,使得CA_6相的生成量减少,同时由于MA相提前长大限制了CA_6相的生长空间,进一步促进了CA_6晶粒形貌由片状向等轴状趋势发展。以上因素共同作用,促进了MA-CA_2-CA_6复合材料的烧结行为。当Y_2O_3的添加量为2%时,经1 600℃保温2h烧成后,试样的显气孔率由19.2%下降至4.8%,体积密度由2.78g/cm~3上升至3.24g/cm~3,制得的MA-CA_2-CA_6复合材料中MA、CA_2、CA_6及少量Y_3Al_5O_(12)晶相呈现交织分布,显微结构致密,力学性能得到改善。     

放电等离子烧结纳米晶ZrO2陶瓷研究

采用放电等离子烧结技术对纳米级ZrO2粉体进行致密化研究.运用XRD、SEM、TEM以及显微硬度仪对粉末及块体进行分析.实验结果表明运用放电等离子烧结技术对ZrO2(3Y)粉体进行致密化无法同时实现晶粒度与相对密度的最佳结合.目前,最佳晶粒尺寸100nm左右时相对密度95.8%,最大Kic=11.85MPa·m1/2.