高强韧(B 4 C+Gd)/Al中子屏蔽复合材料设计与性能
发布时间：2023-04-05 06:46
随着核电技术的快速发展,对乏燃料贮存结构材料提出更加苛刻的要求。我国在《“十三五”核工业发展规划》中预计,我国2030年核电装机规模将达到1.2亿至1.5亿千瓦,核电乏燃料站内储存2030年面临上限。因此,如何进一步提高乏燃料高密集贮存是我国乏燃料贮存结构材料面临的重大考验。为了解决乏燃料贮存结构材料中子屏蔽性能与力学性能相互制约的问题,本文系统地对复合材料体系中B4C和Gd的含量进行设计,并采用含氧气氛热压烧结和热挤压工艺成功制备出满足设计要求的(15%B4C+1%Gd)/Al复合材料。采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、热中子屏蔽测试、Am-Be中子源屏蔽测试、拉伸性能测试和残余应力有限元模拟分析等手段,系统地研究了含Gd相的种类、缺陷形式以及在热变形过程中显微组织演化对力学性能与中子屏蔽性能的影响规律,并对其强化机理进行研究。本文发现了中子屏蔽材料中等效硼面密度(EBAD)存在阈值,并建立了材料密度、厚度和等效硼含量的关系式,以热中子屏蔽系数为99%为设计标准,确定了EBAD的阈值为0.1105g/cm2。基于复合...
【文章页数】：158 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景
1.2 B4C/Al复合材料的研究进展
1.2.1 B4C/Al复合材料的制备工艺
1.2.2 B4C/Al复合材料的显微组织
1.2.3 B4C/Al复合材料的力学性能
1.3 铝基复合材料的热成型工艺
1.3.1 铝基复合材料的热挤压成型
1.3.2 铝基复合材料的热轧制成型
1.3.3 铝基复合材料的其他热成型工艺
1.4 中子屏蔽材料的研究现状
1.4.1 中子与屏蔽物质的交互作用
1.4.2 中子屏蔽材料及其研究现状
1.5 中子屏蔽材料研究中存在的问题及发展趋势
1.6 本文研究目的和内容
第2章 材料与试验方法
2.1 试验材料
2.1.1 复合材料制备
2.1.2 复合材料热处理
2.1.3 复合材料热挤压
2.1.4 复合材料热轧制
2.2 结构表征
2.2.1 扫描电子显微镜
2.2.2 透射电子显微镜
2.2.3 X射线衍射分析
2.3 性能测试
2.3.1 热中子屏蔽性能测试
2.3.2 Am-Be中子源屏蔽性能测试
2.3.3 拉伸性能测试
2.3.4 残余应力分析
2.3.5 差示扫描量热分析
第3章 中子屏蔽(B4C+Gd)/Al复合材料的设计及制备工艺
3.1 引言
3.2 (B4C+Gd)/Al复合材料的设计
3.2.1 基于热中子屏蔽性能的材料设计
3.2.2 基于力学性能的材料设计
3.3 (B4C+Gd)/Al复合材料制备工艺
3.3.1 混粉工艺
3.3.2 含氧气氛热压烧结工艺
3.3.3 热挤压对复合材料显微组织与性能的影响
3.4 本章小结
第4章 热轧对(B4C+Gd)/Al复合材料显微组织与力学性能的影响
4.1 引言
4.2 热轧对复合材料显微组织的影响
4.2.1 热轧变形量对B4C增强体的影响
4.2.2 热轧变形量对Al晶粒尺寸的影响
4.3 含Gd相在热轧过程中的演化
4.3.1 热轧前复合材料中含Gd相分析
4.3.2 含Gd相在热轧过程中的演变
4.4 含Gd相的形成机制
4.5 热轧对(B4C+Gd)/Al复合材料力学性能的影响
4.5.1 热轧对纯Al基复合材料力学性能的影响
4.5.2 热轧对6061Al基复合材料力学性能的影响
4.6 含Gd相的强化机制
4.7 本章小结
第5章 (B4C+Gd)/Al复合材料的中子屏蔽性能研究
5.1 引言
5.2 热中子源屏蔽性能研究
5.2.1 MCNP模拟
5.2.2 屏蔽性能测试
5.3 Am-Be中子源屏蔽性能研究
5.3.1 MCNP模拟
5.3.2 屏蔽性能测试
5.4 热变形后复合材料中子屏蔽性能
5.4.1 热变形对复合材料热中子屏蔽性能的影响
5.4.2 热变形对复合材料Am-Be中子源屏蔽性能的影响
5.5 复合材料中子屏蔽机理
5.5.1 热变形对复合材料中子屏蔽性能的影响机理
5.5.2 厚度对复合材料中子屏蔽性能的影响规律
5.6 (B4C+Gd)/Al复合材料的性能评价
5.7 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其他成果
致谢
个人简历
本文编号：3782941
【文章页数】：158 页
【学位级别】：博士
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摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景
1.2 B4C/Al复合材料的研究进展
1.2.1 B4C/Al复合材料的制备工艺
1.2.2 B4C/Al复合材料的显微组织
1.2.3 B4C/Al复合材料的力学性能
1.3 铝基复合材料的热成型工艺
1.3.1 铝基复合材料的热挤压成型
1.3.2 铝基复合材料的热轧制成型
1.3.3 铝基复合材料的其他热成型工艺
1.4 中子屏蔽材料的研究现状
1.4.1 中子与屏蔽物质的交互作用
1.4.2 中子屏蔽材料及其研究现状
1.5 中子屏蔽材料研究中存在的问题及发展趋势
1.6 本文研究目的和内容
第2章 材料与试验方法
2.1 试验材料
2.1.1 复合材料制备
2.1.2 复合材料热处理
2.1.3 复合材料热挤压
2.1.4 复合材料热轧制
2.2 结构表征
2.2.1 扫描电子显微镜
2.2.2 透射电子显微镜
2.2.3 X射线衍射分析
2.3 性能测试
2.3.1 热中子屏蔽性能测试
2.3.2 Am-Be中子源屏蔽性能测试
2.3.3 拉伸性能测试
2.3.4 残余应力分析
2.3.5 差示扫描量热分析
第3章 中子屏蔽(B4C+Gd)/Al复合材料的设计及制备工艺
3.1 引言
3.2 (B4C+Gd)/Al复合材料的设计
3.2.1 基于热中子屏蔽性能的材料设计
3.2.2 基于力学性能的材料设计
3.3 (B4C+Gd)/Al复合材料制备工艺
3.3.1 混粉工艺
3.3.2 含氧气氛热压烧结工艺
3.3.3 热挤压对复合材料显微组织与性能的影响
3.4 本章小结
第4章 热轧对(B4C+Gd)/Al复合材料显微组织与力学性能的影响
4.1 引言
4.2 热轧对复合材料显微组织的影响
4.2.1 热轧变形量对B4C增强体的影响
4.2.2 热轧变形量对Al晶粒尺寸的影响
4.3 含Gd相在热轧过程中的演化
4.3.1 热轧前复合材料中含Gd相分析
4.3.2 含Gd相在热轧过程中的演变
4.4 含Gd相的形成机制
4.5 热轧对(B4C+Gd)/Al复合材料力学性能的影响
4.5.1 热轧对纯Al基复合材料力学性能的影响
4.5.2 热轧对6061Al基复合材料力学性能的影响
4.6 含Gd相的强化机制
4.7 本章小结
第5章 (B4C+Gd)/Al复合材料的中子屏蔽性能研究
5.1 引言
5.2 热中子源屏蔽性能研究
5.2.1 MCNP模拟
5.2.2 屏蔽性能测试
5.3 Am-Be中子源屏蔽性能研究
5.3.1 MCNP模拟
5.3.2 屏蔽性能测试
5.4 热变形后复合材料中子屏蔽性能
5.4.1 热变形对复合材料热中子屏蔽性能的影响
5.4.2 热变形对复合材料Am-Be中子源屏蔽性能的影响
5.5 复合材料中子屏蔽机理
5.5.1 热变形对复合材料中子屏蔽性能的影响机理
5.5.2 厚度对复合材料中子屏蔽性能的影响规律
5.6 (B4C+Gd)/Al复合材料的性能评价
5.7 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其他成果
致谢
个人简历
本文编号：3782941
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