中国核动力院U-Mo合金燃料研究现状及进展

目前,U-Mo合金燃料是研究试验堆新一代燃料的研究重点。文章介绍U-Mo合金燃料在中国核动力研究设计院(NPIC)的研究现状和进展。NPIC于2006年正式开始研制U-Mo合金弥散燃料元件,几年间开展的研究工作主要有:U-Mo合金熔炼,γ相U-Mo合金粉末制备,(U-Mo)-(Al-Si)弥散燃料板制造工艺研究,U-Mo合金与基体材料、包壳材料和阻挡材料诸如Al、Nb、Zr、Mg等的相容性研究,Si添加到Al基体中对U-Mo/Al反应的影响以及U-Mo合金燃料成分分析及无损检测方法研究等。目前,NPIC已制备出基本满足要求的(U-Mo)-Al弥散燃料板,并计划于2010年前掌握满足技术要求的改进型(U-Mo)-Al弥散燃料板的制造技术。

Ti合金在核燃料后处理设备中的应用研究进展

主要介绍了 Ti 合金在核燃料后处理设备中的应用研究进展。开发 Ti 合金替代超低碳不锈钢作核燃料后处理设备用材料已成为后处理设备用材料的发展方向。目前 Ti-5Ta 钛合金已在日本东海村后处理厂进行了中试运行,它的综合性能评价较好,在后处理环境中应用也最具前景。印度对其开发的 Ti-5%Ta-1.8%Nb 钛合金进行了腐蚀性能研究,结果表明它比普通低碳不锈钢和硝酸级不锈钢具有更好的耐蚀性。

锂离子电池阴极材料LiM_xMn_(2-x)O_4的合成方法研究

尖晶石ＬｉＭｎ２Ｏ４是最有希望替代ＬｉＣｏＯ２的新一代锂离子电池阴极材料．本文对其晶体结构进行了详细的描述；综合评述了近年来各种制备ＬｉＭｘＭｎ２－ｘＯ４的方法，包括高温团相反应、微波烧结法、固相配位反应等“因相合成法”以及Ｐｅｃｈｉｎｉ法、溶胶－凝胶法、微乳化等“软化学合成法”，并对各方法的优缺点进行了分析对比．其中“固相配位反应法”是本文作者的创新方法，既保持了高温固相反应法操作简便、易于工业化生产的的优点，同时也具有煅烧温度低、煅烧时间短、产品形貌较好、粒度相对较小、而且化学计量可控等优点．因此，该法具有十分巨大的潜在应用价值．

碳化硼涂层材料研究进展

综述了碳化硼材料的基本结构、主要性能参数、各种制备碳化硼涂层的方法以及碳化硼涂层的应用现状和前景。讨论了物理气相沉积、化学气相沉积、等离子喷涂、气体转换、反应-烧结、等离子浸没离子处理等方法和涂层的性能特点。碳化硼涂层要在众多领域获得广泛应用,如何制备更均匀致密的碳化硼涂层、提高涂层与基体之间的结合力、降低涂层应力仍是今后研究的重点。

核级不锈钢堆焊材料腐蚀性能研究

采用GB43 3 4 7 84和法国RCC MMC1 3 1 0对国产两种堆焊材料进行了点腐蚀、晶间腐蚀试验 ,在模拟压水堆核电站介质 (温度 3 45℃ ,80 0mg/LB ,2mg/LLi)条件下 ,研究了堆焊材料的应力腐蚀和均匀腐蚀性能。试验结果表明 :在高温含B水中 ,U型试样试验 5 0 0 0h后无应力腐蚀破裂 ,静态月平均腐蚀速率小于 2mg/dm2 。两种堆焊材料均具有优良的耐腐蚀性。

U_3Si_2Al弥散型燃料的辐照肿胀研究

介绍了U3Si2 Al弥散型燃料的辐照肿胀机理。将弥散型燃料的芯体视为连续基体中的微型燃料元件 ,应用裂变气体的行为机理描述燃料相中的气泡形成过程。研究结果表明 :燃料相的肿胀引起燃料颗粒和金属基体之间的力学相互作用 ,金属基体能抑制燃料颗粒的辐照肿胀。在一定辐照条件下 。

难熔金属在乏燃料后处理设备中的应用研究进展

开发难熔金属来替代超低碳不锈钢作为乏燃料后处理设备用材料已成为后处理设备用材料的发展方向。锆合金在后处理环境中具有优秀的耐蚀性能,通过合金化处理改善了其具有应力腐蚀敏感性的特点。Ti5Ta合金已在日本东海村后处理厂进行了中试运行,它的综合性能评价较好,在后处理环境中应用也最具前景。印度对其开发的Ti5%Ta1.8%Nb钛合金进行腐蚀性能研究,表明它比普通低碳不锈钢和硝酸级不锈钢具有更好耐蚀性。

基于均匀设计的混料工艺优化研究

多元粉体的混料均匀性对复合材料的使用性能有着重要的影响。本文在粉体性质、组分配比、混料机类型及结构、粉体的添加方式及顺序确定的情况下运用均匀设计方法考察了混料机转速、混料时间、料罐的填充率及高径比对粉体混料均匀性的影响,并且对实验数据进行了回归分析,然后采用最优化方法获得了目前实验条件下最优的混料工艺参数:转速(61r/min)、混料时间(106.75min)、填充率(25%)、高径比(1.445),最优化求解的分析表明实验结果与理论是相符的,从而为进一步实验研究提供了指导。

法国压水堆燃料元件新一代包壳材料的发展

概述了法国对核电站燃料元件包壳材料锆合金的开发与研究现状 ,着重介绍了所开发的新锆合金(M2、M3、M4、M5合金)在堆内外的性能。其中M4和M5合金包壳在燃料棒燃耗达到55GW·d·t -1的辐照考验结果表明 ,它们在堆内的腐蚀、蠕变和辐照伸长等性能优于改进型Zr 4合金包壳。尤其是M5包壳具有更好的堆内性能 ,目前正在经受第6个循环的考验(63GW·d·t -1)。已获得的数据表明 ,M5合金能适应高燃耗(>65GW·d·t-1)

弥散型燃料的裂变气体行为研究

探讨了弥散型燃料中对辐照肿胀有重要影响的裂变气体的行为机理。裂变气体原子聚集成气泡引起燃料相肿胀，气泡的尺寸分布是影响辐照肿胀的重要因素。决定气泡生长的裂变气体的行为机理主要有：裂变气体原子的产生和热扩散迁移，气泡的成核和聚合长大，气泡内气体原子的重溶，燃料相的辐照亚晶化等过程。燃料中各种尺寸的气泡浓度随时间的变化率可用气泡生长的动力学速率方程组来描述。当裂变密度较高时，辐照产生的缺陷引起燃料相的亚晶化。亚晶界网络的出现加速了气泡聚合过程，引起大尺寸气泡的产生，辐照肿胀随裂变密度加速增加。在一定辐照条件下拐点燃耗随温度增加而减小，温度是影响弥散型燃料辐照肿胀非常重要的因素。本文计算了一定条件下 U3Si2- Al弥散型燃料的辐照肿胀随裂变密度的变化。对照表明，理论计算值与实验测量值相一致，有关裂变气体的行为机理模型能有效地预测一定运行条件下弥散型燃料的辐照肿胀规律。

烧结二氧化铀燃料裂变气体肿胀的数值模拟研究

建立低温条件下烧结二氧化铀燃料(简称UO2燃料)中裂变气体的肿胀计算模型,采用有限差分方法编写计算程序,定量计算不同燃耗和温度条件下UO2燃料中固溶态的裂变气体份额、裂变气体气泡的密度与平均半径以及它们对燃料肿胀的贡献。计算表明,该模型能用于预测低温条件下UO2燃料中裂变气体所导致的肿胀随燃耗的变化规律。

单斜相偏锆酸锂陶瓷氚增殖材料研究

单斜相偏锆酸锂是聚变堆中最有前途的氚增殖材料之一。该材料具有较高的锂原子密度和优异的氚释放行为，成为近年来最受重视的陶瓷氚增殖材料。在Ｌｉ２ＯＺｒＯ２二元系中，存在九种不同的锆酸锂相，因此制备单一相的锆酸锂陶瓷十分困难。本文作者以干法制备工艺为基础，从热扩散的角度分析了Ｌｉ２ＺｒＯ３的形成机理，改进了制备工艺，成功地制备出了单斜相Ｌｉ２ＺｒＯ３陶瓷材料粉末样品。经Ｘ射线衍射分析测定样品为单斜相，没有发现任何其它相。

17-4PH马氏体不锈钢350℃长期时效脆化研究

采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、硬度测定以及示波冲击试验(instrumentalimpacttest)研究了17-4PH马氏体不锈钢在350℃长期时效过程中显微组织、硬度、冲击韧性以及断口形貌的变化规律。结果表明:该马氏体不锈钢在350℃长期时效的过程中,随着时效时间的延长,其硬度升高,并在时效9000h时达到最大值;其裂纹萌生功(Ei),裂纹扩展功(Ep)和总冲击功(Et)都随时效时间的延长而逐渐下降。根据示波冲击曲线获得了17-4PH马氏体不锈钢的动态断裂韧性K1d,其动态断裂韧性也表现出和Ei,Ep及Et相类似的变化规律。该不锈钢的夏氏V型缺口(CharpyV-notch)冲击试样断口形貌随着时效时间的延长由韧窝断裂为主向准解理断裂和沿晶断裂为主变化。

NiTiNb形状记忆合金的组织研究

应用金相显微镜、X射线衍射仪和透射电子显微镜研究了NiTiNb形状记忆合金的组织特征。结果表明,对于850℃热轧的合金,合金存在织构, 基体是立方结构的NiTi相, 沉淀相主要是b-Nb相;850℃热轧后再在850℃ 1h退火,合金中的织构依然存在,基体还是立方结构的NiTi相,沉淀相却为b-Nb相、单斜Ti2Ni3相,其中b-Nb相占多数。最后指出,经过850℃热轧后,在850℃1h退火合金已开始再结晶。

反应熔渗法制备C／C-SiC材料的组织结构及性能

采用液相气化热梯度CVI法制备C/C材料,并通过反应熔渗法制备出密度为2.13～2.28g/cm3的C/C-SiC复合材料。用X射线衍射仪和光学显微镜分析C/C-SiC的显微组织结构,并对其力学性能(弯曲强度、压缩强度、硬度、断裂韧性)和摩擦磨损性能进行了研究。结果表明:反应熔渗法制备的C/C-SiC材料由C、SiC和Si组成;C/C多孔体的密度越低,得到的C/C-SiC材料密度越高。石墨化处理使C/C-SiC材料的弯曲强度由203～275MPa降低到150～210MPa,压缩强度由463～607MPa降低到403～536MPa,但材料的断裂韧性由6.6～8.5MPa·m1/2提高到7.3～9.2MPa·m1/2。在C/C-SiC盘与SiC销配对的滑动摩擦试验中,摩擦系数为0.19;石墨化处理可使摩擦系数降低到0.14～0.15,但平均体积磨损速率由3.4×10-3～5.0×10-3mm3/h增大到7.9×10-3～9.8×10-3mm3/h。

N18锆合金在600～1200℃蒸汽中的氧化行为研究

研究了我国自主研发的N18锆合金在600～1200℃蒸汽中的氧化动力学曲线随温度及时间的变化规律。结果表明,温度低于700℃时,N18锆合金的氧化遵从抛物线规律;温度达到800℃时表现为抛物线-线性关系;950℃时由抛物线关系转变为立方指数关系;在1050℃时氧化速率指数快速下降至2.3,即为近似抛物线关系;高于1100℃后,氧化速率指数保持在2.1～2.2之间,即抛物线关系。分析认为N18锆合金比Zr-4合金耐氧化,且前者氧化速率的转折所需时间比后者更长。

C-276镍基合金在600℃超临界水中的腐蚀产物及形成机理研究

使用X射线衍射、X射线光电子谱和扫描电子显微镜,研究了C-276镍基合金在600℃、25 MPa超临界水中的腐蚀产物。结果表明,合金在该环境下形成了比较均匀、完整的氧化膜,其组成主要是NiO、NiCr2O4、Cr2O3和MoO2;氧化膜为双层结构,整体贫Ni、Mo;内层相对富Cr,外层疏松,对合金缺乏保护性,内层致密,有利于合金抗氧化;合金在该环境下的腐蚀产物形成机理类似于高温水环境下,外层Ni(OH)2、NiO的生长符合溶解再沉淀机制,内层Cr2O3则是通过内层富集的Cr与向内扩散的O反应形成的。

UO_2弥散型燃料辐照后高温失效时显微分析

对辐照后燃料板进行退火试验,用显微镜观察了UO2颗粒的微观形貌随着温度的升高的变化情况。在高温下裂变气体膨胀,在UO2颗粒内气孔贯通形成裂纹穿破涂层,引起UO2颗粒局部破碎脱落,UO2涂层外的反应层由于高温加剧的扩散反应还形成了明显的孔洞。

水冷动力堆用锆合金的疲劳

锆合金是水冷动力堆核燃料元件的包壳材料和堆芯的其它结构材料。在反应堆运行时,堆功率的波动和水冷却介质的流动使燃料组件及其它构件发生循环变形,在极端情况下出现破损。本文概述了堆内锆合金包壳循环变形的特点,并综述了锆合金的循环变形行为、循环变形下的组织结构演化、疲劳裂纹的扩展以及影响疲劳寿命的因素。在此基础上,针对高性能燃料元件的发展趋势,指出了有待进一步研究解决的问题。

氮化铀粉末合成工艺研究

氮化铀燃料制备的关键技术之一是纯度高、烧结活性好的氮化铀粉末合成工艺技术。本文开展了以三碳酸铀酰胺(AUC)流程制备的高活性氧化铀粉末和高纯度的碳黑为主要原材料,采用碳热还原-氮化反应合成氮化铀粉末的工艺研究,初步考察了碳铀摩尔比、反应气氛以及反应温度和时间等对合成产物成分的影响。实验结果表明,采用适当的碳铀摩尔比(2.3～2.4)以及反应制度可以制备出较高纯度的氮化铀粉末。