【摘 要】
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中子吸收材料在核反应堆中的作用是吸收中子,从而实现反应堆的启动、停堆和功率的调节。中子吸收截面高的元素有:B、Hf、Ag、In、Cd、Eu、Gd、Dy等,基于此获得应用的中子吸收体有B4C、Ag-In-Gd、含Eu材料和纯金属Hf。其中,B4C材料具有高热中子吸收截面、抗腐蚀能力强、低密度等优点,也存在易氧化、辐照肿胀等不足;Ag-In-Gd材料具有高热中子吸收截面、抗腐蚀好、加工性能良好等优点,
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中子吸收材料在核反应堆中的作用是吸收中子,从而实现反应堆的启动、停堆和功率的调节。中子吸收截面高的元素有:B、Hf、Ag、In、Cd、Eu、Gd、Dy等,基于此获得应用的中子吸收体有B4C、Ag-In-Gd、含Eu材料和纯金属Hf。其中,B4C材料具有高热中子吸收截面、抗腐蚀能力强、低密度等优点,也存在易氧化、辐照肿胀等不足;Ag-In-Gd材料具有高热中子吸收截面、抗腐蚀好、加工性能良好等优点,也存在核反应价值下降快、辐照肿胀等不足;Hf具有高中子吸收截面、抗腐蚀性能好、加工性能好等优点,但也存在密度高、成本高等不足;Eu由于具有中子吸收截面大、服役周期长、辐照肿胀率低等优点,成为研究热点。由于金属Eu化学活性高、抗腐蚀能力较差,通常将Eu2O3与具有抗腐蚀性能的氧化物（如ZrO2/HfO2）复合并烧结成陶瓷材料,来改善材料抗腐蚀性等性能。本研究针对Eu2O3-HfO2/ZrO2陶瓷中子吸收体制造,深入研究了 Eu2O3-HfO2/ZrO2复合粉体制备中的共沉淀工艺、粉体成分对前驱体、烧结粉体形貌、物相结构和烧结特性的影响。本文主要取得如下研究成果。（1）以Eu2O3:HfO2/ZrO2=1:1、1:2、1:7陶瓷中子吸收材料为研究对象,探索并建立了制备Eu2O3-HfO2/ZrO2陶瓷中子吸收材料工艺路线:湿法共沉淀-高温煅烧-高能球磨-冷等静压-高温烧结,优化并获得了无裂纹Eu2O3-HfO2、Eu2O3-ZrO2陶瓷吸收体制备工艺参数。（2）本文以Eu2O3:HfO2=1:1、1:2、1:7的氧化物粉体为研究对象,研究了 Eu含量对Eu2O3-Hf O2粉体形貌的影响。结果表明:Eu2O3:HfO2=1:1的成分得到的粉体为Eu2O3和Eu2HfxOy的富Eu相;Eu2O3:HfO2=1:2的成分得到的粉体为Eu2Hf207;Eu2O3:HfO2=1:7的成分得到的粉体为HfO2和Eu2HfxOy的富Hf相;其中,铕的氧化物形貌为尺寸较大的规则状结晶体;Eu2HfxOy的富Eu相形貌为形状不规则的团聚体;Eu2HfxOy的富Hf相形貌为规则结晶的团聚体。并且,前驱体和烧结粉体晶体生长具有一定继承性。在配比符合Eu2Hf207化学计量比和铕过量情况下,氧化铕具有优先形核和生长趋势。（3）本文以Eu2O3:HfO2/ZrO2=1:7的陶瓷体为研究对象,测定了它们的导热性能、抗腐蚀性能及高温相稳定性。结果表明:两种陶瓷在25℃、400℃、800℃、1200℃均未发生相变,相稳定性好;Eu2O3:HfO2=1:7和Eu2O3:ZrO2=1:7的陶瓷在25℃热导率分别为1.455 W/（m·K）及1.525 W/（m·K）;在350℃热导率分别为1.381 W/（m·K）及1.344 W/（m·K）;在350℃超临界水下Eu2O3:ZrO2=1:7的陶瓷氧化增重为0.737%,Eu2O3:HfO2=1:7的陶瓷氧化增重为0.460%,均拥有良好的抗腐蚀能力,Eu2O3-HfO2的抗腐蚀能力比Eu2O3-ZrO2优良。
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