氧化石墨烯掺杂UO_(2)芯块制备工艺及性能研究

氧化石墨烯(Graphene Oxide,GO)掺杂改性二氧化铀(UO_(2))芯块是高性能核燃料研究的重点方向之一。为实现GO在UO_(2)芯块中的均匀分布及掺杂量的有效控制,利用固-液混合法和重铀酸铵(Ammonium Diuranate,ADU)共沉淀法制备了不同GO掺杂量的UO_(2)粉末,研究了制粉方法及GO掺杂量对GO在UO_(2)中混合均匀性的影响。采用放电等离子烧结制备了不同GO掺杂量的UO_(2)-GO芯块,探索了不同烧结参数的影响,并对燃料芯块的性能进行测试。结果表明,固-液混合法制备的GO掺杂UO_(2)粉末混合均匀度更好;放电等离子烧结得到的UO_(2)-GO芯块密度最高可达97.6%T.D.;GO掺杂量为1.5 wt.%的芯块在1000℃下的热导率较常规UO_(2)芯块提高了85.9%;制备的UO_(2)-GO芯块晶粒尺寸较为均匀,GO均匀分布在晶界处并形成了桥联导热网络,有效提升了掺杂芯块的热导率。

Zirlo合金和M5合金的微观组织和微区成分

利用高分辨透射电子显微镜和能谱仪对Zirlo合金和M5合金进行了微观组织和微区成分分析。结果表明:M5合金中圆球状的第二相弥散分布在晶界上和晶粒内,尺寸约为50 nm;第二相的主要成分为Zr元素和Nb元素,第二相为体心立方结构的β-Nb相;在Zirlo合金中弥散分布着两种尺寸不同的第二相粒子,一种为体心立方结构的β-Nb,尺寸为20~40 nm;另一种为密排六方结构的Fe_(2)Nb_(0.4)Zr_(0.6)相,尺寸约为100 nm。

6061铝合金管材表面剥落原因

6061铝合金管材在车削时出现表面剥落的异常现象,采用化学成分分析、扫描电镜和能谱分析、X射线衍射分析等方法对铝合金管材表面剥落区域进行研究。结果表明:表面剥落区域存在少量的Al_(2)O_(3)和微量的SiO_(2)、MgO等氧化物夹杂及微量的精炼剂残留物;在铝合金熔炼的过程中,杂质元素和夹杂物去除不充分,剥落处存在Al_(2)O_(3)等夹杂物的聚集,Al_(2)O_(3)夹杂物的硬度高于铝基体,导致管材发生剥落现象。

放电等离子烧结包覆颗粒弥散燃料芯块的性能研究

包覆颗粒弥散燃料是耐事故燃料研究的热点。采用放电等离子烧结制备包覆颗粒弥散燃料芯块,研究了烧结工艺对芯块性能的影响,并对芯块进行了物相检测、金相检测以及微观结构表征分析。研究发现,包覆颗粒弥散燃料芯块放电等离子烧结的最佳工艺为助烧剂添加量7%,在1850℃、45 MPa下保温15 min,芯块相对密度可达98.5%;烧结后芯块为纯β相,表明SPS快速烧结能够较好地控制物相转变;在最佳工艺条件下获得的芯块中未观察到芯块中TRISO颗粒出现明显接触的现象,TRISO颗粒整体完整性较好;热冲击试验中,芯块在一次热冲击后表面未出现贯穿的微裂纹,保持较好的完整性。综上,放电等离子烧结工艺可用于快速制备致密度高、无物相转变且抗热冲击性能良好的包覆颗粒弥散燃料芯块。

铀钼合金电镀前处理工艺影响研究

为了解决贫铀合金经过清洗、蚀刻等电镀前处理后,表面产生大量黑色粉末的技术难题,将铀钼合金依次采用FeCl_(3)溶液蚀刻,HNO_(3)或HNO_(3)∶HF=4∶1酸洗,HNO_(3)活化后,利用XRD、SEM、EDS等对铀钼合金进行表征,研究电镀前处理工艺对铀钼合金表面物相和形貌的影响。结果表明:HNO_(3)能酸洗掉经FeCl_(3)溶液蚀刻产生的黑色物质,但会产生更加难以去除的物质;HNO_(3)∶HF=4∶1能酸洗掉经FeCl_(3)溶液蚀刻产生的黑色物质,但会产生颗粒状UF4,用铜刷去除后,继续采用HNO_(3)活化,表面产生大量聚集状UF4,影响后续电镀。最终确定铀钼合金最佳电镀前处理工艺为FeCl_(3)溶液蚀刻,HNO_(3)∶HF=4∶1溶液酸洗。样品经电镀前处理后,表面形成了均匀的孔道和镀层连锁位点,电镀后,Ni/Zn双镀层比单纯Ni层更加致密平整。

二氧化钍箔片制备技术研究

二氧化钍箔片是用于新型反应堆的模拟燃料芯块，其厚度仅为0．5-1mm，直径为17-31mm，成型难度大、烧结变形严重。本文采用粉末制粒、成型及烧结三道主要工序制备二氧化钍箔片。对不同方法制得的粉末进行箔片生坯成型，通过比较箔片的表面质量判断制粒方法的优劣，用成型获得的箔片进行包括箔片装料方式及温度控制的烧结工艺研究。结果表明：二氧化钍粉末中添加适量聚乙烯醇黏结剂后进行制粒和成型，能克服由于箔片强度低而生坯脱模开裂的问题，从而获得表面质量较好的二氧化钍箔片生坯，同时采用“块夹片”的烧结装料方式，并延长低温保温时间，可获得满足尺寸要求且表面平整的箔片。

钨基氮化铀微球弥散燃料制备工艺及性能研究

金属陶瓷(CERMET)弥散燃料是目前核热推进反应堆用燃料研发热点。氮化铀(UN)微球具有高铀密度、高热导率、高填充率等特点,钨基体具有高熔点、高热导率及低线性热膨胀系数等优点,将两者结合形成的钨基氮化铀微球弥散燃料是空间核动力的理想候选材料。本文突破了碳热还原-氮化关键难点,成功制备了高纯UN微球,采用无压通氢烧结的工艺路线,实现了钨基UN弥散燃料芯块制备,研究了不同参数对UN微球和弥散燃料芯块性能的影响规律。结果表明,当碳化温度为1900℃、保温时间为8 h、氮化温度为1900℃、保温时间为3 h时,UN微球的纯度最高,达93.79%,相对密度为96%T.D.;以丙三醇为黏结剂、无水乙醇为稀释剂,对UN微球与基体钨粉进行湿混后直接装模压制,UN微球在钨基体中分布较均匀;使用氢气进行致密化烧结,在1900℃可获得95%T.D.以上致密度。对燃料芯块的性能测试表明,钨基UN芯块中的微球完整且分布均匀,微球中U、N原子比为1.04∶1,钨基体与UN微球界面粘附紧密,无分层;随着温度的升高,芯块的导热系数逐渐降低,100℃时的导热系数为182.6 W/(m·K)。