一种复合陶瓷吸收体材料的制备方法及其材料的应用技术

本发明专利技术提供了一种复合陶瓷吸收体材料的制备方法及其材料的应用，涉及金属冶金技术领域，所述制备方法包括：步骤1：将氯化稀土溶液与氧氯化物溶液混合，得到混合溶液；步骤2：将所述混合溶液缓慢滴加进入氨水中进行搅拌，再进行静置陈化、离心、洗涤，得到共沉淀前驱体；步骤3：将所述共沉淀前驱体进行两段煅烧得到粉体；步骤4：对得到的所述粉体进行球磨、过筛后，采用等静压成型，得到等静压料坯；步骤5：对所述等静压料坯进行车床加工后，在空气气氛中进行无压烧结，冷却后得到复合陶瓷吸收体材料。本发明专利技术制备得到的复合陶瓷材料成分均匀、无裂纹等缺陷，同时兼具良好的抗高温、抗腐蚀能力以及抗辐照能力，满足了对控制棒材料的要求。求。求。

【技术实现步骤摘要】
一种复合陶瓷吸收体材料的制备方法及其材料的应用


[0001]本专利技术涉及金属冶金
，特别涉及一种复合陶瓷吸收体材料的制备方法及其材料的应用。

技术介绍

[0002]快中子反应堆是第四代核反应堆中最具代表性的堆型，它可以显著提高铀燃料的利用效率，实现裂变材料的增殖，同时快堆的核燃料富集度、功率密度都显著高于热堆，是人类未来依靠核能终极解决能源问题的重要方案。此外，快堆的高放废物产率也明显更低，同时可以处置长寿命裂变产物和锕系核素，有助于解决核能发展中存在的生态问题实现核能生态的可持续发展。由于快堆中激发链式反应的是能量超过0.1MeV的高能中子，对控制棒材料也提出了更高的要求，需要有较大且稳定的中子吸收截面，良好的抗辐照损伤性能，而传统的B4C、Ag
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Cd合金等因为存在辐照损伤严重、熔点低、辐照产生氦气等问题，不能满足快堆的要求。
[0003]稀土元素具有热中子吸收截面大的特点，且辐照后产生的同位素一般也具有比较大的中子吸收截面，因而有助于在堆内长周期稳定运行。由于稀土金属是一种强碱性的氧化物，化学活性较高，容易和反应堆内高温高压酸性介质发生反应，导致腐蚀失效，由此其抗腐蚀性能较差，其氧化能力也较差。同时有研究表明，镧系元素(如钐、钆、镝、铒、铽、钬)的氧化物具有较好的抗辐照损伤能力，且在粒子辐照下表现出较低的体积膨胀率，同时具有优良的热物理性能和抗腐蚀性能。因此，一般采用稀土金属氧化物来制备陶瓷材料。
[0004]因此，在金属冶金
，如何制备得到一种较大且稳定的中子吸收截面、且具有良好的抗辐照损伤性能的吸收材料，以满足快堆的要求成为目前亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]为解决上述问题，第一方面，本专利技术提供了一种复合陶瓷吸收体材料的制备方法，所述制备方法包括：
[0006]步骤1：将氧氯化锆溶液、氧氯化铪溶液或氧氯化钛溶液与氯化稀土溶液混合，得到混合溶液；其中，所述氯化稀土溶液是将两种或三种不同的稀土氧化物溶于盐酸中得到的；
[0007]步骤2：将所述混合溶液缓慢滴加进入氨水中进行搅拌，再进行静置陈化、离心、洗涤，得到共沉淀前驱体；
[0008]步骤3：将所述共沉淀前驱体进行两段煅烧得到粉体；其中，所述粉体为稀土锆酸盐粉体、稀土铪酸盐粉体或稀土钛酸盐粉体；
[0009]步骤4：对所述粉体进行球磨、过筛后，采用等静压成型，得到等静压料坯；
[0010]步骤5：对所述等静压料坯进行预加工后，在空气气氛中进行无压烧结，冷却后得到锆酸盐、铪酸盐或钛酸盐复合陶瓷吸收体材料。
[0011]优选地，在所述步骤1中，不同种类的所述稀土氧化物的摩尔量相等；所述稀土氧
化物为氧化钆、氧化钐、氧化镝、氧化铒、氧化钬或氧化铽。
[0012]优选地，在所述步骤1中，所述氧氯化锆溶液、氧氯化铪溶液或氧氯化钛溶液的原料的摩尔量与所述两种或三种不同的稀土氧化物的总摩尔比为(1～2):1。
[0013]优选地，在所述步骤3中，所述将所述共沉淀前驱体进行两段煅烧得到粉体，包括：
[0014]所述共沉淀前驱体先在800℃～1000℃温度下煅烧1h～10h，再在1100℃～1300℃温度下煅烧2h～4h，得到所述粉体。
[0015]优选地，在所述步骤3中，所述将所述共沉淀前驱体进行两段煅烧得到粉体，包括：
[0016]所述共沉淀前驱体先在900℃温度下煅烧10h，再在1200℃温度下煅烧4h，得到所述粉体。
[0017]优选地，在所述步骤4中，所述球磨中，球料比为1:1～1:7，球磨的转速为100r/min～400r/min，球磨的时间为0.5h～10h；所述过筛为过325目筛。
[0018]优选地，在所述步骤4中，所述等静压为冷等静压或热等静压；
[0019]所述冷等静压的条件为：压力为150MPa～250MPa，保压时间为5min～30min；
[0020]所述热等静压的条件为：温度为1000℃～1300℃，压力为100MPa～140MPa，保压时间为2h～4h。
[0021]优选地，在所述步骤5中，所述预加工为轴向、径向分别预留目标尺寸的105～115％。
[0022]优选地，在所述步骤5中，所述无压烧结的烧结温度为1600℃～2000℃，所述无压烧结的保温时间为4h～8h；所述无压烧结的升温速率为1℃/min～10℃/min。
[0023]第二方面，一种由上述第一方面所述的制备方法得到的复合陶瓷吸收体材料的应用，所述复合陶瓷吸收体材料用作快中子反应堆控制棒材料；其中，所述复合陶瓷吸收体材料为锆酸盐、铪酸盐或钛酸盐复合陶瓷中子吸收体材料。
[0024]与现有技术相比，本专利技术具备以下优点：
[0025]本专利技术提供了一种复合陶瓷吸收体材料的制备方法，该方法以钆、钐、镝、铒等稀土金属氧化物和钛、锆、铪的氧氯化物为原料，采用湿法共沉淀、煅烧、球磨、等静压、预加工、烧结等工序制备得到复合稀土锆酸盐、稀土铪酸盐或稀土钛酸盐复合陶瓷吸收体材料，将具有高中子吸收截面的、良好抗腐蚀性能、抗氧化性能的锆、铪或钛氧化物和2
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3种具有高中子吸收截面的稀土元素氧化物进行复合，复合为稀土钛酸盐、锆酸盐、铪酸盐陶瓷吸收体材料，既可以保证较高的中子吸收截面，又可以提高稀土氧化物的抗腐蚀能力，同时通过物相调控使吸收体材料具有萤石、烧绿石结构，从而提高了材料的抗辐照损伤能力。
[0026]此外，本专利技术提供的制备方法将两种或三种不同的具有大中子吸收截面的稀土氧化物进行复合，可以使吸收材料整体的中子吸收截面保持稳定，一定程度上可以解决单一稀土元素嬗变后中子吸收截面差异较大的问题，从而缓解服役期内中子吸收能力发生大幅波动，将得到的复合吸收体材料用作控制棒材料，有助于延长控制棒的使用寿命。
[0027]本专利技术还提供一种陶瓷复合吸收体材料的应用，由于该陶瓷复合吸收体材料具有致密度高、成分均匀，无裂纹等缺陷、表观质量良好的优势，同时兼具良好的抗高温、临界水腐蚀能力以及高温物相稳定性，可以作为核动力舰艇反应堆、快中子反应堆、空间核电源等堆型的控制棒材料。
附图说明
[0028]图1为本专利技术提供的一种复合陶瓷吸收体材料的制备方法流程图；
[0029]图2为本专利技术实施例1得到的复合陶瓷吸收体材料实物照片；
[0030]图3为本专利技术实施例1得到的复合陶瓷吸收体材料扫描电镜照片；
[0031]图4为本专利技术实施例1得到的复合陶瓷吸收体材料在1200℃高温水蒸汽下腐蚀增重规律。
具体实施方式
[0032]下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细的说明，但不应理解为对本专利技术的限制。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。除非特别说明，本专利技术采用的实例、方法和设备为本
常规试剂、方法和设备。
[0033]钆、镝、钐等稀土元素具有热中子吸收截面大的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合陶瓷吸收体材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：步骤1：将氧氯化锆溶液、氧氯化铪溶液或氧氯化钛溶液与氯化稀土溶液混合，得到混合溶液；其中，所述氯化稀土溶液是将两种或三种不同的稀土氧化物溶于盐酸中得到的；步骤2：将所述混合溶液缓慢滴加进入氨水中进行搅拌，再进行静置陈化、离心、洗涤，得到共沉淀前驱体；步骤3：将所述共沉淀前驱体进行两段煅烧得到粉体；其中，所述粉体为稀土锆酸盐粉体、稀土铪酸盐粉体或稀土钛酸盐粉体；步骤4：对所述粉体进行球磨、过筛后，采用等静压成型，得到等静压料坯；步骤5：对所述等静压料坯进行预加工后，在空气气氛中进行无压烧结，冷却后得到锆酸盐、铪酸盐或钛酸盐复合陶瓷吸收体材料。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤1中，不同种类的所述稀土氧化物的摩尔量相等；所述稀土氧化物为氧化钆、氧化钐、氧化镝、氧化铒、氧化钬或氧化铽。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤1中，所述氧氯化锆溶液、氧氯化铪溶液或氧氯化钛溶液的原料的摩尔量与所述两种或三种不同的稀土氧化物的总摩尔比为(1～2):1。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤3中，所述将所述共沉淀前驱体进行两段煅烧得到粉体，包括：所述共沉淀前驱体先在800℃～1000℃温度下煅烧1h～10h，再在1100℃～1300℃温度下煅烧2h～4h，得到所述粉体。5.根据权利要求4所述的方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：马朝辉，吴延科，张建东，闫国庆，周义鸿，张顺利，王力军，孙祥林，于伟，
申请(专利权)人：有研资源环境技术研究院北京有限公司，
类型：发明
国别省市：