新型陶瓷材料在核工业中的应用.pdf

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1、第25卷第4期机电产品开簋与剀努V01．25。No．41里!!兰!旦堕塑型业竺：墅生些唑!业!唑型型唑业：!型兰文章编号：1002-6673(2012)04-0194)3新型陶瓷材料在核工业中的应用王圈库(宁渡伏尔肯机械密封件制造有限公司，浙江宁波315104)摘篓：对新型陶瓷材料在核工业领域的主要应用进行了综述。重点介绍了瑗化硼、氧化铍和碳化硅等新型陶瓷材料的组威及物理机械性能．结合应用实例详细描述了这几种陶瓷材料在核裂变反应堆吸收俸、较反应堆慢化剂、聚变反应堆第一壁结构材料的应用。关键词：核工业；陶瓷材料；核反应堆；屏蔽材料中图分类号：TB34文献标识码：Adoi：10．3969tj．

2、issn．1002-6673．2012．04．007TheApplicationofNewCeramicMaterialsinUndearIndustryWANGQuaa-gu(NtngboVulcanMechanicalse出ManufacturirgCo．．Ltd，NingboZb．ejimg315104，China)Al塔traet：Themainapplicationsofnewceramicmaterialsinthenuclearindustryarcreviewed．Focusedinthecompositionandmechanicalpropertiedofboronca

3、rbide,berylliumoxide，andsiliconcarbideceramicmaterials，combinedwithexamples，theapplicationofstructunlmateriahaboutthesetypesofcenmicabsorbermaterulsintheilUCle2．rfissionreao：or，nudezT"reactormoderator，andfusionreagtorfastwallwewdescfbedinde-,zitKeywords：nuclearindusa3,ceramicmaceriaisteaccot；shiej

4、di

5、_lgmaterials0引言自从1942年第一座核反应堆在美国建立．核工业已经发展了将近70年111。其间核工业的发展中心从核武器转移到r核能应用上。目前各国又开始共同研究聚变核反应堆。在这期间应用于核工业中的材料也在不断发展，其中陶瓷材料刚在垓工业中的材料选择上受到重视．并广泛地应用于核反应堆原料、组件以及核废料处理等各个方面。陶瓷材料在核工业中的大量应用离不开它本身具有的性能优势。陶瓷具有强度大、刚度好、耐腐蚀、化学稳定性好的特点，而随着陶瓷材料的进一步发展(比如陶瓷基复合材料的发展)．材料性能中的一些薄弱环节像韧性差、难加工等方面也得弼了一定的改进。此外，陶瓷材料还具有耐高温

6、、抗辐射的性能，一些特定的陶瓷还有低活性、能吸收中子的特点．这些性能都有助于收疆B期：2012．-O扣18·作者简介：王圈库，男，工程师。一直在企业从事技术研究、技术管理、生产管理等工作(曹从事过产品、模具设计、计算机辅助设计、制遣、分析系娆雏护及应用、陶瓷材料研究及其纠品制造工艺研究等工作’。其在高温高辐射的核工业环境下应用。目前陶瓷材料在核工业上的应用比较广泛。范嗣跨度大．而本文将主要阐述陶瓷材料在核能应用设施的主要组成部分的应用．包括控制棒和慢化荆。以及聚变堆中的第一壁结构材料．阐述它们各自的基本性质、相关性能。1碳化硼陶瓷制作吸收棒为了裂变反应的速率在一个预定的水平上．需用控制棒和

7、安全棒(总称为吸收棒)对反应速率进行调节，其中控制棒用来补偿燃科消耗和调节反应速率。安全棒则用来快速停止反应日。现行吸收棒内广泛应用于轻水堆、重水堆、高温气冷堆与快中子堆之中．使用的吸收体主要为碳化霸粉末或是碳化诵芯块弭。本文主要针对的是碳化硼芯块吸收体。1．1碳化硼材料化学成分与性能碳化硼拥有良好的吸收中子性能，化学性能稳定。且由于是低原子序数材料，其吸收中子后不会释放出放射性射线．而是释放氦气[,Lsl。天然(未经浓缩)硼中含有约19．9％的帕B。理论密度为2．529，cmllq。碳化硼熔点高，强度高，抗腐蚀性能好。19·开发与创新·1．2碳化硼材料反应堆控制棒碳化硼中的B有uB和10

8、B两种同位素，碳化硼中起吸收体作用的是硼的同位素10B，10B的热中子吸收截面(3840b)很大。能和热中子按照一定的反应截面发散核反应产生锂和氦。因此可利用其热中子吸收性能，将碳化硼材料应用为反应堆控制棒的芯体材料．也可以将碳化硼或碳化硼的复合物材料应用到辐射防护领域。此外，在快中子能谱范围内，竹B吸收的中子截面很小，只有2．6b左右，因此碳化硼也可作为快堆的控制棒材料。根据实际堆安全性能的设计，可以采用不同浓缩·0B