铯榴石基陶瓷固化体结构及性能研究

发布时间：2017-03-29 06:03

  本文关键词：铯榴石基陶瓷固化体结构及性能研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：铯榴石(化学结构式：CsAlSi2O6)具有Cs包容量大、结构稳定、耐高温等特性,被认为是放射性核素137Cs的理想固化载体,但纯相铯榴石合成条件较为苛刻。基于铯榴石化学组成和晶体结构与白榴石(KAlSi2O6)和方沸石(NaAlSi2O6)的相似性,以及白榴石和方沸石合成原料和制备条件的相对易获得性,提出以Cs代替K、Na,研究铯榴石基陶瓷(K1-xCsxAlSi2O6和Na1-xCsxAlSi2O6)结构和性能本论文首先建立了K1-xCsxAlSi2O6和Na1-xCsxAlSi2O6晶体结构模型,采用第一性原理的方法模拟了K1-xCsxAlSi2O6和Na1-xCsxAlSi2O6陶瓷的晶体结构。计算模拟结果表明,随着Cs取代K、Na量的增加,K1-xCsxAlSi2O6和Na1-xCsxAlSi2O6晶体结构逐渐由四方相转变为以立方相结构为主,且立方相的K1-xCsxAlSi2O6更容易形成。然而,除了x=0.4和x=1的组成点之外,K1-xCsxAlSi2O6晶体的模拟XRD图谱立方相特征峰均出现了分峰的现象,表明生成了不完美的立方相。在模拟结果的引导下,采用地聚合物前驱体法制备了K1-xCsxAlSi2O6基陶瓷固化体,实验结果证明随着Cs包容量的增加,K1-xCsxAlSi2O6基陶瓷有从四方相转化为立方相结构的趋势,且Cs对K的取代有利于降低地聚合物的晶化温度。然而除x=0.3,0.4,0.5和1的情况之外,在1100℃以上烧结后得到的立方相K1-xCsxAlSi2O6陶瓷的XRD图谱中也发现了特征峰分裂现象,这与模拟结果较为吻合,其原因可能是冷却过程中立方—四方的相变导致少量四方相与立方相的共存,也可能与第三种晶相—中间四方相的生成有关。此外,抗浸出性能测试结果显示,Cs+在K1-xCsxAlSi2O6陶瓷固化体中的浸出率相对较低,该固化体的化学稳定性较好,说明K1-xCsxAlSi2O6基陶瓷在固化137Cs方面具有较大潜力。Cs的β衰变产物Ba对CsAlSi2O6陶瓷固化体结构有一定影响,当烧结温度为850℃时,随着B a2+对Cs+取代量的增加,Cs1-xBax-地聚合物结晶度逐渐降低,说明B a2+可能并没有进入晶格内部。当烧结温度达到1100℃以上时,从XRD图谱中特征峰的偏移可推测有一部分B a2+可能占据了Cs+晶格格点位置而进入晶格中,但是B a2-对Cs-的取代量不宜太高,应控制在15%以内。
【关键词】：K_(1-x)Cs_x-地聚合物 K_(1-x)Cs_xAlSi_2O_6陶瓷 固化体 晶体结构 稳定性
【学位授予单位】：西南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ174.1
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 1 绪论11-20
• 1.1 铯榴石研究背景11-14
• 1.1.1 铯榴石—~(137)Cs的理想固化体11-12
• 1.1.2 铯榴石的结构12-14
• 1.2 铯榴石基陶瓷固化体研究现状14-16
• 1.2.1 铯榴石理论计算模拟研究14-15
• 1.2.2 铯榴石基陶瓷固化体制备及性能研究15-16
• 1.3 研究目的及意义16-17
• 1.4 研究内容及技术路线17-20
• 1.4.1 研究内容17-18
• 1.4.2 技术路线18-20
• 2 铯榴石结构理论计算模拟20-34
• 2.1 模拟方法及结构模型建立20-26
• 2.1.1 Materials Studio软件及其主要模块简介20-23
• 2.1.2 K_(1-x)Cs_xAlSi_2O_6和Na1-xCs_xAlSi_2O_6晶体结构模型的建立23-25
• 2.1.3 参数设置25-26
• 2.2 K_(1-x)Cs_xAlSi_2O_6及Na1-xCs_xAlSi_2O_6的结构26-33
• 2.2.1 晶胞参数及晶格形成能27-29
• 2.2.2 晶体结构及微观力学性能29-33
• 2.3 本章小结33-34
• 3 铯榴石基陶瓷固化体制备、结构及性能34-65
• 3.1 设计思想34-35
• 3.2 实验部分35-42
• 3.2.1 实验原料及主要仪器设备35-37
• 3.2.2 分析测试方法37-41
• 3.2.3 实验方案41-42
• 3.3 载Cs地聚合物前驱体制备及性能42-47
• 3.3.1 载Cs地聚合物前驱体制备42-43
• 3.3.2 载Cs地聚合物前驱体的力学性能43
• 3.3.3 载Cs地聚合物前驱体的晶体结构和微观形貌43-46
• 3.3.4 载Cs地聚合物前驱体的热行为46-47
• 3.4 铯榴石基陶瓷固化体结构及演化47-54
• 3.4.1 铯榴石基陶瓷固化体的制备47
• 3.4.2 铯榴石基陶瓷固化体的结构47-54
• 3.5 铯榴石基陶瓷固化体长期性能研究54-56
• 3.5.1 热稳定性的模拟54-55
• 3.5.2 抗浸出性能测试55-56
• 3.6 Cs的衰变产物Ba对固化体的影响56-64
• 3.6.1 Cs_(1-x)Ba_xAlSi_2O_6基陶瓷固化体的制备56
• 3.6.2 Cs_(1-x)Ba_x-地聚合物前驱体的结构56-58
• 3.6.3 Cs_(1-x)Ba_xAlSi_2O_6基陶瓷固化体的结构58-64
• 3.7 本章小结64-65
• 结论65-67
• 致谢67-69
• 参考文献69-78
• 攻读硕士期间发表的学术论文及研究成果78

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 WU JunWen;ZHOU KuanBo;DAI MinHan;;Impacts of the Fukushima nuclear accident on the China Seas: Evaluation based on anthropogenic radionuclide (137)~Cs[J];Chinese Science Bulletin;2013年Z1期

2 陈松;李玉香;;高放废料固化基材的研究现状[J];材料导报;2005年11期

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本文编号：273790