MgO-Nd_(2)Zr_(2)O_(7)复相陶瓷惰性燃料基质的制备及表征

为了获得致密性高、晶粒尺寸小、两相分布均匀的Mg O-Nd_(2)Zr_(2)O_(7)复相陶瓷惰性燃料基质,首先以Nd(NO3)3·6H_(2)O、C_(12)H_(28)O_(4)Zr为原料,采用sol-gel法合成了有序P型Nd_(2)Zr_(2)O_(7)烧绿石,再和Mg O复合制备了Mg O-Nd_(2)Zr_(2)O_(7)复相陶瓷。利用XRD、SEM-EDS等方法研究了化学组成、烧结时间、烧结温度对复相陶瓷的物相组成、晶粒大小以及致密性的影响。结果表明:采用sol-gel法在1200℃煅烧10 h能够成功合成出结晶良好的Nd_(2)Zr_(2)O_(7)烧绿石。此外,在1500℃烧结24 h,可以制备出致密性高、晶粒分布均匀的Mg O-Nd_(2)Zr_(2)O_(7)复相陶瓷。

一步法制备MgO-Nd_(2)Zr_(2)O_(7)复相陶瓷惰性燃料基材的热物理性能

MgO-Nd_(2)Zr_(2)O_(7)(M-NZO)复相陶瓷作为一种潜在的惰性燃料基材,可以用于替代(U,Pu)O_(2)混合氧化物燃料中的UO_(2),并将PuO_(2)弥散在其中以制备惰性基材燃料。本文采用一步法在1500℃烧结24 h制备了M-NZO复相陶瓷,在物相组成、微观形貌的分析基础上,系统研究了其热导率和热膨胀系数等热物理性能。结果表明利用一步法制备的M-NZO复相陶瓷仅由MgO和Nd_(2)Zr_(2)O_(7)烧绿石两相组成,两相的平均晶粒尺寸为0.75μm和0.70μm,且制备的复相陶瓷结构致密、孔隙率低。热物理性能测试结果表明一步法制备的M-NZO复相陶瓷在1400℃时的热导率是UO_(2)陶瓷的2.1~3.8倍,且在测试温度范围内,一步法制备的M-NZO复相陶瓷具有更加优异的热导率,在高温下(800℃)比文献中采用两步法制备的M-NZO复相陶瓷高出约2 W·m^(-1)·K^(-1)。热膨胀方面,一步法制备的M-NZO复相陶瓷的热膨胀系数为12.3×10^(-6)~14.1×10^(-6)/K,与两步法制备的M-NZO复相陶瓷热膨胀系数相当。此外,M-NZO复相陶瓷的热导率和热膨胀系数均随MgO含量的增大而变高,结合理论最小热导率计算结果可以得出,最佳的M-NZO复相陶瓷化学组成为0.5M-0.5NZO。以上结果表明,一步法制备的M-NZO复相陶瓷具有优异的热导率和稳定的热膨胀性能,为其在惰性基材燃料中的应用提供了更多的选择和热物理性能基础数据上的支持。