核电用TiO制造技术

本发明专利技术公开了核电用TiO

TiO for nuclear power

【技术实现步骤摘要】
核电用TiO2-Gd2O3可燃毒物陶瓷材料及其制备方法
本专利技术涉及复合陶瓷材料领域，具体涉及一种核电用TiO2-Gd2O3可燃毒物陶瓷材料及其制备方法。
技术介绍
国内外核动力堆中，特别是压水堆核电站堆芯中广泛采用TiO2/B4C可燃毒物材料来控制反应堆初始反应性，实现展平堆芯功率分布，提高燃耗、延长换料周期，从而降低核电运行成本，提高运行的安全性和可靠性。然而随着新一代先进核反应堆燃耗及堆芯功率的不断提高，Al2O3/B4C可燃毒物材料不仅会加速肿胀，还会降低其化学稳定性，从而会影响核反应堆运行的安全性和经济性。为解决上述问题，目前压水堆核燃料元件设计采用的是锆合金包壳。国内外关于制备复合陶瓷材料的方法主要有球磨法、粉末冶金法等。但采用上述方式制备的复合陶瓷材料，其均具有内部均匀性难以控制、致密化困难、内部气孔及缺陷较多等缺点，并且在制备过程中产生大量粉尘，污染环境，损伤人员的身体健康。并且，由于TiO2-Gd2O3复合陶瓷材料的孔隙度过大时会吸附水蒸气从而引起锆合金包壳材料氢脆腐蚀；TiO2基体与Gd2O3固溶的程度对TiO2-Gd2O3复合陶瓷材料在高温条件下的使用性能也具有重要影响。因而，采用现有方法制备出的TiO2-Gd2O3可燃毒物材料不能进一步提高核电运行的安全性和经济性的目的；并且也没有任何文献记载有如何制备出适用于压水堆核燃料元件用的TiO2-Gd2O3可燃毒物材料的方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：现有技术中未见能够有效适用于核电运行环境下，并有效提高核电的安全性和经济性目的的TiO2-Gd2O3可燃毒物材料的问题，目的在于提供了一种核电用TiO2-Gd2O3可燃毒物陶瓷材料，并提供了该核电用TiO2-Gd2O3可燃毒物陶瓷材料的制备方法。本专利技术通过下述技术方案实现：一种核电用TiO2-Gd2O3可燃毒物陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括：(1)制备Gd(NO3)3和Ti(NO3)4的混合溶液，制备饱和(NH4)2CO3溶液；(2)将饱和(NH4)2CO3溶液加入到混合溶液中反应，反应后获得沉淀物；(3)沉淀物清洗后烘干得到前躯体粉末；(4)将前躯体粉末放置到500～550℃条件下保温5～7h后取出研磨得到粉体；(5)粉体压制成型，再经过烧结后得到成品。本专利技术制备的成品即为TiO2-Gd2O3可燃毒物材料，本专利技术的成品与Al2O3/B4C相比具有以下三个方面的优势：一是具有更低的肿胀率；二是TiO2基体与Gd2O3易形成的固溶体，将可燃毒物材料的均匀性问题降至最低；三是TiO2基体对包壳合金和主冷却剂具有极佳的化学稳定性。并且，采用本专利技术的共沉淀法来制备的TiO2-Gd2O3可燃毒物材料，其能够形成均匀的置换型固溶体，具有致密度高及强度高等特点，其可以克服上述孔隙度过大时会吸附水蒸气从而引起锆合金包壳材料氢脆腐蚀的缺点。并且，本专利技术方法制备的TiO2-Gd2O3可燃毒物材料具有所得材料的化学成份的均匀性、纯度及晶体结构良好，烧结温度低，以及具有较高的力学强度等优点。通过检测得知，本专利技术制成的TiO2-Gd2O3可燃毒物材料的致密度大于94.8％T.D。因而，本专利技术高密度、良好微观结构的TiO2-Gd2O3可燃毒物材料将会为核电用固有安全性高的可燃毒物材料研究奠定基础并提供技术支持，具有较高的学术价值和工程应用价值。进一步，所述步骤(5)中烧结为真空烧结，烧结条件为：真空度为10-2～10-3Pa、烧结温度为1600℃～1650℃、保温时间为3～4h、升温速率为30℃/min，烧结气氛为H2。进一步，所述步骤(3)的烘干条件为：150～170℃下烘干5～6h。进一步，所述步骤(3)中沉淀物采用无水乙醇清洗，清洗的次数为2～3次。进一步，所述步骤(2)的反应温度为50～55℃，反应过程中饱和(NH4)2CO3溶液的加入速度为2～4ml/min，反应过程中反应溶液的pH保持在6.5～8.5。进一步，所述Gd(NO3)3和Al(NO3)3的混合溶液的制备过程为：将纯度为99.9％的Gd2O3粉末烘干，加入去离子水，在搅拌的条件下，加入浓硝酸溶解制成Gd(NO3)3溶液；在纳米氧化钛粉末中加入去离子水和无水乙醇，在搅拌的条件下，加入浓硝酸溶解制成钛溶胶溶液；在搅拌的条件下将配制好的Gd(NO3)3溶液滴入到钛溶胶溶液中，并不断搅拌20～25min，即可形成Gd(NO3)3和Ti(NO3)4的混合溶液。进一步，所述饱和(NH4)2CO3溶液的制备过程为：分析纯固体碳酸铵放入容器中，加入去离子水并不断搅拌制成饱和(NH4)2CO3溶液。进一步，所述步骤(2)中饱和(NH4)2CO3溶液加入结束后，再加入无水乙醇。一种核电用TiO2-Gd2O3可燃毒物陶瓷材料，为上述一种核电用TiO2-Gd2O3可燃毒物陶瓷材料的制备方法制备出的成品。其中，TiO2-Gd2O3可燃毒物陶瓷材料中TiO2的质量百分数小于15％。本专利技术与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：1、本专利技术制成的TiO2-Gd2O3可燃毒物材料的致密度大于95.5％T.D，力学性能(弯曲强度和断裂韧性)优异，适用于先进核电水冷动力堆，固有安全性高；2、本专利技术对工艺设备没有苛刻要求，易于实现，具有良好的烧结性能以及较好的微观组织。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本专利技术作进一步的详细说明，本专利技术的示意性实施方式及其说明仅用于解释本专利技术，并不作为对本专利技术的限定。实施例1一种核电用TiO2-Gd2O3可燃毒物陶瓷材料的制备方法，包括：第一步，将纳米氧化钛粉末在500℃下烘干3h，称取100g纳米氧化钛粉末放入烧杯中，往其加入100ml去离子水和30ml的无水乙醇，在快速搅拌条件下，加入20ml的浓硝酸溶解后得到稳定的钛溶胶溶液。按三氧化钆所占材料中的质量比例，称取5.3g烘干的三氧化钆粉末放入溶解槽中，往其加入30ml的去离子水，在快速搅拌条件下，加入7ml的浓硝酸溶解，溶解28min后，滤出不溶物后的清亮滤液即为Gd(NO3)3溶液。在快速搅拌的条件下将配制好的Gd(NO3)3溶液缓慢滴入到钛溶胶溶液中，并不断搅拌25min，形成均匀的Gd(NO3)3和Ti(NO3)4混合溶液。称取100g的分析纯固体碳酸铵放入烧杯中，往其加入去离子水并不断快速搅拌，配成饱和(NH4)2CO3溶液。第二步，将Gd(NO3)3和Ti(NO3)4混合溶液加入到沉淀槽中，启动搅拌，加热到反应温度50℃，然后将饱和(NH4)2CO3溶液以2ml/min的速度滴加到到沉淀槽中，调节混合溶液的pH值，使其保持在7左右，边滴边强力搅拌，使其充分反应，加料结束后再加入30ml的无水乙醇，一段时间后混合溶液沉淀反应完全，失去流动性。然后对沉淀物进行过滤得到滤饼，滤饼用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种核电用TiO

【技术特征摘要】
1.一种核电用TiO2-Gd2O3可燃毒物陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括：
(1)制备Gd(NO3)3和Ti(NO3)4的混合溶液，制备饱和(NH4)2CO3溶液；
(2)将饱和(NH4)2CO3溶液加入到混合溶液中反应，反应后获得沉淀物；
(3)沉淀物清洗后烘干得到前躯体粉末；
(4)将前躯体粉末放置到500～550℃条件下保温5～7h后取出研磨得到粉体；
(5)粉体压制成型，再经过烧结后得到成品。


2.根据权利要求1所述的一种核电用TiO2-Gd2O3可燃毒物陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中烧结为真空烧结，烧结条件为：真空度为10-2～10-3Pa、烧结温度为1600℃～1650℃、保温时间为3～4h、升温速率为30℃/min，烧结气氛为H2。


3.根据权利要求1所述的一种核电用TiO2-Gd2O3可燃毒物陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)的烘干条件为：150～170℃下烘干5～6h。


4.根据权利要求3所述的一种核电用TiO2-Gd2O3可燃毒物陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中沉淀物采用无水乙醇清洗，清洗的次数为2～3次。


5.根据权利要求1所述的一种核电用TiO2-Gd2O3可燃毒物陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)的反应温度为50～55℃，反应过程中饱和(NH4)2CO3溶液的加入速度为2～4ml/min，反应过程中反应溶液的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王辉，杜沛南，孙永铎，何琨，潘小强，解怀英，邱绍宇，
申请(专利权)人：中国核动力研究设计院，
类型：发明
国别省市：四川;51