10 B富集的二硼化锆靶材制备
发布时间：2022-01-14 23:24
二硼化锆（ZrB2）作为重要的超高温陶瓷材料,被广泛应用于航空航天、电极材料和耐火材料等领域,其中AP1000反应堆用一体化ZrB2可燃毒物是其应用的最新进展。有关ZrB2粉体制备和ZrB2陶瓷致密化一直是研究热点。本文针对AP1000反应堆用一体化ZrB2可燃毒物涂层对10B富集的ZrB2靶材的需求,进行10B富集的ZrB2粉体及靶材制备研究。制备ZrB2粉体的方法有很多,包括碳热还原、硼热还原、高温自蔓延合成、溶胶-凝胶法等。碳热还原法原料来源简单,且易于产业化,对于合成10B富集的ZrB2粉体来说具有显著的成本优势。然而,碳热还原法合成的ZrB2粉,由于颗粒尺寸较大且易呈条棒状,加之ZrB2自身特性,难以在不存在烧结助剂的情况下实现高度致密化。因此,控制碳热还原反应过程中ZrB2粉体粒子的生长和形貌,进而在不添加烧结助剂的条件下实现靶材的深度致密化是一个重要课题。本文从原料分析与处理出发,采用碳热还原法合成ZrB2粉体,通过添加剂实现碳热还原反应过程中ZrB2粉体粒子的生长和形貌控制。利用高速混合机提高ZrB2粉体中10B丰度的均匀性。利用制备的粉体为原料,结合ZrB2粉体原料粒...
【文章来源】：北京科技大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：129 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１?ＺｒＢ＾＂！格投影示意图??由图可知，硼离子平面与锆离子平面交替出现，形成二维网状结构，硼??
多余的电子形成离域７１键。具有强键性的Ｚｒ－Ｂ离子键和Ｂ－Ｂ共价键，决??定了?ＺｒＢ２Ｍ料具有高熔点、高硬度、高稳定性及良好的耐腐蚀性等特点Ｗ。??Ｚｒ－Ｂ二元系相图如图１－２［３］所示。??Ｗｅｉｇｈｔ?Ｐｅｒｃｅｎｔ?Ｚｉｒｃｏｎｉｕｍ??０?ａｏ?６〇?ｅｏ?ｔｏ?ｍ?？〇?ｉｏｏ??３？０Ｑ?卜“上Ｈ￣＾一＇；?ｒ＊＊—－ｔ—＇一￣????３２４５?Ｙ??＾?２ＳＤ０－?／?ｊ?２祕?？??Ｚ?２０?轮?＊ｃ／?；?＼??３?／?、舰ｏ＊ｃ?！?＼??Ｉ?１?＼?，??〇?獅：??ＪｉＯＯ?２ｉＢ？??Ｉ?＾?，?ＺｓＢｔ?ｖ，／?ＺｔＳ＾＾ｆ?？?＊??－｜－（Ｂ）?＾１?（０Ｚｒ）－Ｍ??１０００－?；?ｊ－??ｕ＼????????ｅ？３０ｃ??ＺｓＢｔ＊＾＾２ｔ?（ｏＺｒ）?＊＇？？＇??＾°°?０?３０?２０?３０?４０?５０?ｒｉ?１００??Ｂ?Ａｔｏｍｉｃ?Ｐｅｒｃｅｎｔ?Ｚｉｒｃｏｎｉｕｍ?Ｚｒ??图１－２?Ｚｒ＿Ｂ二元系相图??
电极等领域［３９，Ｍ。近年来，１（）Ｂ富集的ＺｒＢ２更以其良好的中子吸收性（热中??子吸收截面为３８３７?ｂ，而ｎＢ仅为０．００５?ｂ）和抗辐照性，应用于ＡＰ１０００反??应堆一体化可燃毒物（ＩＦＢＡ）中［４Ｍ５】，如图１－３所示是ＩＦＢＡ燃料芯块结构??示意图。??硼化锆涂层??－－燃料芯块??图１－３?ＩＦＢＡ燃料芯块结构示意图??采用直流磁控溅射，通过溅射ｉａＢ富集的ＺｒＢ２靶材可在核燃料Ｕ０２芯块??的圆柱表面均匀溉射沉积一层１ＧＢ富集的ＺｒＢ２薄膜％４７］。其工作原理如式??（１－１）所示。??１０Ｂ＋ｎ—７Ｌｉ＋４Ｈｅ?式（１－１）??ＩＱＢ吸收中子后直接转化为本质上对中子透明的氦－７和锂－４，不会因为吸??收中子而产生新的或额外的中子或变为新的毒物，从而调节反应堆的反应性??［２４］。１（＾富集的ＺｒＢ２靶材是ＺｒＢ２应用领域的最新进展之一［４８１。目前有关ｉｇＢ??富集的ＺｒＢ２靶材及其原料粉体的制备很少有文献报道。??ＺｒＢ２粉体的制备方法有很多，如直接合成法、高温自蔓延合成、溶胶－凝??胶法、碳热还原法等，其中，由于碳热还原法可以利用Ｚｒ０２、Ｈ３Ｂ０３和Ｃ粉??为原料，原料简单易得。对于１ＧＢ富集的ＺｒＢ２粉体制备来说，由于含１ＧＢ的??原料非常昂贵，因此碳热还原法是最有可能实现产业化的低成本方法。但常??规碳热还原法由于反应体系存在多个副反应
【参考文献】：
期刊论文
[1]温度与原料组成对硼/碳热还原法制备高纯ZrB2粉体的影响[J]. 冯慧丽,黄启忠,苏哲安. 粉末冶金材料科学与工程. 2017(02)
[2]TiO2加入量对固相烧结合成镁铝尖晶石致密化行为的影响[J]. 谢鹏永,郝长安,罗旭东. 硅酸盐通报. 2017(03)
[3]反应温度和添加剂含量对微波合成碳化硼微观形貌的影响[J]. 张世豪,范冰冰,高前程,刘扬帆,张锐. 人工晶体学报. 2017(03)
[4]超细硼化锆粉体制备过程中的影响因素探究[J]. 王亚飞,段云彪,王开军,张维钧,傅强,胡劲. 硅酸盐通报. 2017(02)
[5]基于HSC计算的煤焦油化学链热裂解反应优化[J]. 王翠苹,巩建,姜旭. 热科学与技术. 2016(06)
[6]添加剂对碳热还原反应制备ZrB2粒径及形貌的影响[J]. 杨磊,孙静,桂涛,刘宇阳,白雪,王星明. 稀有金属. 2017(12)
[7]溶胶-凝胶法和硼热-碳热还原合成ZrB2空心球粉体[J]. 曹迎楠,王军凯,张海军,李发亮,段红娟,梁峰,张少伟. 耐火材料. 2016(01)
[8]非晶前驱体碳热还原法制备超细硼化锆粉体[J]. 王佰娜,段云彪,胡劲. 人工晶体学报. 2016(02)
[9]IFBA芯块ZrB2涂层溅射沉积工艺研究[J]. 王志刚,张海峰,龚树河,姚俊,马书泽. 核科学与工程. 2015(04)
[10]碳热还原法合成ZrB2粉体及其游离碳的去除[J]. 王恩元,谢建林,李学钊. 耐火材料. 2015(06)
博士论文
[1]高致密氧化锡锑陶瓷靶材的电场活化烧结及其薄膜的磁控溅射沉积[D]. 吴俊彦.武汉理工大学 2014
[2]硼化锆—碳化硅陶瓷材料注凝成型及致密化工艺研究[D]. 何汝杰.哈尔滨工业大学 2013
[3]ZrB2基致密/多孔叠层材料的制备、结构控制及性能研究[D]. 袁辉平.武汉理工大学 2012
[4]镁热剂反应自蔓延高温合成TiB2和ZrB2陶瓷及其结构宏观动力学研究[D]. 张鹏林.兰州理工大学 2008
硕士论文
[1]钼铌合金靶材制备及其溅射薄膜性能研究[D]. 高杰.北方民族大学 2017
[2]ZrN陶瓷的致密化行为及力学性能研究[D]. 张翰超.哈尔滨工业大学 2016
[3]溶胶—凝胶碳热还原法制备超细硼化锆粉体[D]. 王佰娜.昆明理工大学 2016
[4]离子交换色谱法分离硼同位素的研究[D]. 包丽.天津大学 2016
[5]耐高温材料的制备及性能研究[D]. 唐浩月.电子科技大学 2016
[6]硼化锆陶瓷纤维的制备和结构性能研究[D]. 张铭远.东华大学 2016
[7]溶胶凝胶、微波硼热/碳热还原合成ZrB2-SiC超细复合粉体的研究[D]. 曹迎楠.武汉科技大学 2015
[8]ZrB2粉体的反应合成工艺研究[D]. 孟莹.哈尔滨工业大学 2014
[9]HfB2/AlN致密化研究[D]. 周倩.山东理工大学 2014
[10]ZrB2粉体的合成及ZrB2增强ZrO2基复合材料的制备和性能研究[D]. 曹晓伟.北京化工大学 2012
本文编号：3589422
【文章来源】：北京科技大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：129 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１?ＺｒＢ＾＂！格投影示意图??由图可知，硼离子平面与锆离子平面交替出现，形成二维网状结构，硼??
多余的电子形成离域７１键。具有强键性的Ｚｒ－Ｂ离子键和Ｂ－Ｂ共价键，决??定了?ＺｒＢ２Ｍ料具有高熔点、高硬度、高稳定性及良好的耐腐蚀性等特点Ｗ。??Ｚｒ－Ｂ二元系相图如图１－２［３］所示。??Ｗｅｉｇｈｔ?Ｐｅｒｃｅｎｔ?Ｚｉｒｃｏｎｉｕｍ??０?ａｏ?６〇?ｅｏ?ｔｏ?ｍ?？〇?ｉｏｏ??３？０Ｑ?卜“上Ｈ￣＾一＇；?ｒ＊＊—－ｔ—＇一￣????３２４５?Ｙ??＾?２ＳＤ０－?／?ｊ?２祕?？??Ｚ?２０?轮?＊ｃ／?；?＼??３?／?、舰ｏ＊ｃ?！?＼??Ｉ?１?＼?，??〇?獅：??ＪｉＯＯ?２ｉＢ？??Ｉ?＾?，?ＺｓＢｔ?ｖ，／?ＺｔＳ＾＾ｆ?？?＊??－｜－（Ｂ）?＾１?（０Ｚｒ）－Ｍ??１０００－?；?ｊ－??ｕ＼????????ｅ？３０ｃ??ＺｓＢｔ＊＾＾２ｔ?（ｏＺｒ）?＊＇？？＇??＾°°?０?３０?２０?３０?４０?５０?ｒｉ?１００??Ｂ?Ａｔｏｍｉｃ?Ｐｅｒｃｅｎｔ?Ｚｉｒｃｏｎｉｕｍ?Ｚｒ??图１－２?Ｚｒ＿Ｂ二元系相图??
电极等领域［３９，Ｍ。近年来，１（）Ｂ富集的ＺｒＢ２更以其良好的中子吸收性（热中??子吸收截面为３８３７?ｂ，而ｎＢ仅为０．００５?ｂ）和抗辐照性，应用于ＡＰ１０００反??应堆一体化可燃毒物（ＩＦＢＡ）中［４Ｍ５】，如图１－３所示是ＩＦＢＡ燃料芯块结构??示意图。??硼化锆涂层??－－燃料芯块??图１－３?ＩＦＢＡ燃料芯块结构示意图??采用直流磁控溅射，通过溅射ｉａＢ富集的ＺｒＢ２靶材可在核燃料Ｕ０２芯块??的圆柱表面均匀溉射沉积一层１ＧＢ富集的ＺｒＢ２薄膜％４７］。其工作原理如式??（１－１）所示。??１０Ｂ＋ｎ—７Ｌｉ＋４Ｈｅ?式（１－１）??ＩＱＢ吸收中子后直接转化为本质上对中子透明的氦－７和锂－４，不会因为吸??收中子而产生新的或额外的中子或变为新的毒物，从而调节反应堆的反应性??［２４］。１（＾富集的ＺｒＢ２靶材是ＺｒＢ２应用领域的最新进展之一［４８１。目前有关ｉｇＢ??富集的ＺｒＢ２靶材及其原料粉体的制备很少有文献报道。??ＺｒＢ２粉体的制备方法有很多，如直接合成法、高温自蔓延合成、溶胶－凝??胶法、碳热还原法等，其中，由于碳热还原法可以利用Ｚｒ０２、Ｈ３Ｂ０３和Ｃ粉??为原料，原料简单易得。对于１ＧＢ富集的ＺｒＢ２粉体制备来说，由于含１ＧＢ的??原料非常昂贵，因此碳热还原法是最有可能实现产业化的低成本方法。但常??规碳热还原法由于反应体系存在多个副反应
【参考文献】：
期刊论文
[1]温度与原料组成对硼/碳热还原法制备高纯ZrB2粉体的影响[J]. 冯慧丽,黄启忠,苏哲安. 粉末冶金材料科学与工程. 2017(02)
[2]TiO2加入量对固相烧结合成镁铝尖晶石致密化行为的影响[J]. 谢鹏永,郝长安,罗旭东. 硅酸盐通报. 2017(03)
[3]反应温度和添加剂含量对微波合成碳化硼微观形貌的影响[J]. 张世豪,范冰冰,高前程,刘扬帆,张锐. 人工晶体学报. 2017(03)
[4]超细硼化锆粉体制备过程中的影响因素探究[J]. 王亚飞,段云彪,王开军,张维钧,傅强,胡劲. 硅酸盐通报. 2017(02)
[5]基于HSC计算的煤焦油化学链热裂解反应优化[J]. 王翠苹,巩建,姜旭. 热科学与技术. 2016(06)
[6]添加剂对碳热还原反应制备ZrB2粒径及形貌的影响[J]. 杨磊,孙静,桂涛,刘宇阳,白雪,王星明. 稀有金属. 2017(12)
[7]溶胶-凝胶法和硼热-碳热还原合成ZrB2空心球粉体[J]. 曹迎楠,王军凯,张海军,李发亮,段红娟,梁峰,张少伟. 耐火材料. 2016(01)
[8]非晶前驱体碳热还原法制备超细硼化锆粉体[J]. 王佰娜,段云彪,胡劲. 人工晶体学报. 2016(02)
[9]IFBA芯块ZrB2涂层溅射沉积工艺研究[J]. 王志刚,张海峰,龚树河,姚俊,马书泽. 核科学与工程. 2015(04)
[10]碳热还原法合成ZrB2粉体及其游离碳的去除[J]. 王恩元,谢建林,李学钊. 耐火材料. 2015(06)
博士论文
[1]高致密氧化锡锑陶瓷靶材的电场活化烧结及其薄膜的磁控溅射沉积[D]. 吴俊彦.武汉理工大学 2014
[2]硼化锆—碳化硅陶瓷材料注凝成型及致密化工艺研究[D]. 何汝杰.哈尔滨工业大学 2013
[3]ZrB2基致密/多孔叠层材料的制备、结构控制及性能研究[D]. 袁辉平.武汉理工大学 2012
[4]镁热剂反应自蔓延高温合成TiB2和ZrB2陶瓷及其结构宏观动力学研究[D]. 张鹏林.兰州理工大学 2008
硕士论文
[1]钼铌合金靶材制备及其溅射薄膜性能研究[D]. 高杰.北方民族大学 2017
[2]ZrN陶瓷的致密化行为及力学性能研究[D]. 张翰超.哈尔滨工业大学 2016
[3]溶胶—凝胶碳热还原法制备超细硼化锆粉体[D]. 王佰娜.昆明理工大学 2016
[4]离子交换色谱法分离硼同位素的研究[D]. 包丽.天津大学 2016
[5]耐高温材料的制备及性能研究[D]. 唐浩月.电子科技大学 2016
[6]硼化锆陶瓷纤维的制备和结构性能研究[D]. 张铭远.东华大学 2016
[7]溶胶凝胶、微波硼热/碳热还原合成ZrB2-SiC超细复合粉体的研究[D]. 曹迎楠.武汉科技大学 2015
[8]ZrB2粉体的反应合成工艺研究[D]. 孟莹.哈尔滨工业大学 2014
[9]HfB2/AlN致密化研究[D]. 周倩.山东理工大学 2014
[10]ZrB2粉体的合成及ZrB2增强ZrO2基复合材料的制备和性能研究[D]. 曹晓伟.北京化工大学 2012
本文编号：3589422
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxuehuagong/3589422.html
