粉煤灰制备以泡沫陶瓷为骨架的中子屏蔽材料

发布时间：2020-04-24 00:00

【摘要】：中子屏蔽材料在核科学技术领域有举足轻重的地位。而目前常用的几种中子屏蔽材料存在着造价高,工艺复杂,力学性能不强等缺点。对此,本文提出一种成本低,耐高温,轻质化,耐腐蚀能力强,力学性能优异的以泡沫陶瓷为骨架的中子屏蔽材料,具体研究内容如下:本文通过对工艺废弃物粉煤灰再利用,制备以泡沫陶瓷为骨架的中子屏蔽材料。在粉煤灰中加入红柱石,氧化铝等通过前驱体聚氨酯浸渍法制备泡沫陶瓷,并对其物理性能、微观结构和物相组成等进行表征,确定了合适的基体原料配比为20wt%粉煤灰,20wt%红柱石,50wt%氧化铝和10wt%高岭土,并对基体浆料进行了添加剂含量的研究,确定浆料分散剂WSM、结合剂CL与增稠剂CMC的最佳添加量分别为:1.1wt%,3.5wt%和0.1wt%。利用真空二次浸渍技术对泡沫陶瓷力学性能进一步提升,通过物理性能,微观结构与相组成等性能对比,确定红柱石为真空二次浸渍原料。通过控制真空二次浸渍浆料的原料配比及原料粒径,调整基体与浸渍浆料的热膨胀系数,并基于残余应力的计算模型,研究了残余应力对泡沫陶瓷力学性能和热震稳定性能的影响。最后,将制备出的泡沫陶瓷骨架中填入碳化硼微粉并进行封装,得到新型中子屏蔽材料,对其进行`MCNP模拟与中子屏蔽性能测试,验证出其中子屏蔽性能优于20wt%含硼聚乙烯材料。
【图文】：

形貌,泡沫陶瓷,有机泡沫,浸渍法

南京航空航天大学全日制专业学位硕士学位论文机泡沫前驱体浸渍法前驱体浸渍工艺是利用有机泡沫浸渍陶瓷浆料，待坯体干燥后高温泡沫陶瓷的方法[46]。目前该方法被认为是制备泡沫陶瓷最理想的方瓷在很多场景已经得到了广泛地应用[47-48]。该工艺主要通过调节添善陶瓷浆料的流变性能，控制浆料浸渍与坯体干燥工艺，最终制备瓷材料，如图 1.2。该方法优点在于所需设备少，生产成本低，工艺简陶瓷具备三维网状结构，气孔为开孔并相互贯通，气孔率高。但该的闭合气孔泡沫陶瓷，并且生产的泡沫陶瓷中孔隙形貌与尺寸最终备的泡沫陶瓷的力学强度也相对较低[49-50]。

工艺流程图,泡沫陶瓷,有机泡沫,浸渍法

粉煤灰制备以泡沫陶瓷为骨架的中子屏蔽材料8图 1.3 有机泡沫前驱体浸渍法制备泡沫陶瓷工艺流程图1.3.5.1 修复孔筋缺陷泡沫陶瓷高温分解后产生气体并逸出，导致泡沫陶瓷筋体上产生气孔并留下的三角形孔洞[52]，这些缺陷加剧了泡沫陶瓷在受外力后应力集中，降低了泡沫陶瓷的力学性能。为了改善这种缺陷，国内外学者主要通过在泡沫陶瓷预烧结坯体的基础上利用低粘度的浆料在真空条件下进行二次涂覆[53-55]。通过真空二次浸渍工艺后，浸渍的二次浆料不仅能涂覆在孔筋表面消除聚氨酯分解带来的气孔与裂纹，修复后的具有完整结构的孔筋将赋予泡沫陶瓷更优异的力学性能；同时也能利用真空条件下将浆料负压灌入三角形孔洞，钝化并填充孔洞，并形成了一种层状结构强化了基体。经过真空二次浸渍工艺，泡沫陶瓷孔筋上缺陷与三角形孔洞由粘度低流动性好的二次浆料涂覆并填充修复，最终可提高孔筋致密度与泡沫陶瓷耐压强度。1.3.5.2 粗化陶瓷孔筋有机泡沫前驱体大多采用聚氨酯为模板，聚氨酯材料与水基的陶瓷浆料亲和性差，这导致了浆料不能充分而均匀地涂覆在有机泡沫上，使得前驱体泡沫上挂浆量低，最终导致制备出的泡沫陶瓷孔筋过细，力学性能差。因此，在确保不产生大量闭孔的前提下，如何提高挂浆量，粗化泡沫陶瓷孔筋的方法成为增强泡沫陶瓷力学性能的关键。国内外学者，，主要通过优化浆料性能与对聚氨酯前驱体改性的方法达到粗化陶瓷孔筋目的。通过控制添加剂加入量，强化浆料流变性能，制备固含量高，粘度高并具备良好触变性能浆料，从而在不堵孔的情况下，增加前驱体聚氨酯泡沫的挂浆量，粗化了泡沫陶瓷孔筋，增强了力学性能[56-57]。一些学者采用对聚氨酯泡沫进行预处理的方法粗化泡沫陶瓷孔筋
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TL344;TQ174.1

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