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直接氮化法解決陶瓷材料透光性問題——訪中科院福建物質結構研究所周有福教授 |
發(fā)布者:adminxq 發(fā)布時間:2018/9/12 15:08:13 點擊:2298 |
自從1942年座核反應堆在美國建立,核工業(yè)已經發(fā)展了將近70年。其間核工業(yè)的發(fā)展重心從核武器轉移到了核能應用上,目前各國又開始共同研究聚變核反應堆。在這期間應用于核工業(yè)中的材料也在不斷發(fā)展,而陶瓷材料以其優(yōu)異的性能被廣泛的應用于核反應堆原料、組件以及核廢料處理等各個方面。 為了更好的了解核反應堆陶瓷材料的一些前沿熱點問題,中國粉體網編輯專訪了中科院福建物質結構研究所的周有福教授。 周有福教授:中國科學院福建物質結構研究所 (海西研究院)研究員、課題組長、博士生導師,同時擔任中國硅酸鹽學會特種陶瓷分會理事,福建省“百人計劃”等人才項目評審專家。主要致力于納米粉體工程和陶瓷材料研發(fā),特別是納米功能粉體、核能系統(tǒng)陶瓷材料以及光電透明陶瓷。在高性能結構陶瓷、高性能功能陶瓷和無機納米材料等方面取得了重要研究成果。
直接氮化法合成高質量AION陶瓷粉體
核反應堆陶瓷材料AlON透明陶瓷綜合性能優(yōu)異,被美國列為21世紀國防重點發(fā)展材料,核反應堆高溫窗口、透明裝甲等優(yōu)選材料。AlON透明陶瓷具有可見—中紅外波段透過率高、機械強度優(yōu)異、抗熱震性好等優(yōu)點,是高溫窗口、紅外整流罩的優(yōu)選材料。與單晶材料(如藍寶石)相比,AlON透明陶瓷生產成本較低、易制備大尺寸異形器件,高質量AlON透明陶瓷的制備顯得日益重要。 周有福教授課題組采用國產原料,優(yōu)化直接氮化法,較低成本合成了高純度高燒結活性AlON超細粉體,經球磨、成型、無壓燒結等工序燒制的AlON陶瓷圓片(直徑53mm),在400nm和1100nm處的直線透過率分別達77.1%和80.6%。該成果為研制更大尺寸復雜形狀AlON透明陶瓷光學部件,實現AlON透明陶瓷實用化及工程化提供了工作基礎。 “傳統(tǒng)的方法是氧化鋁或氮化鋁反應,還有一個是碳還原法,氧化鋁跟碳在高溫下把氮氣還原到氧化鋁中,而碳有可能會存在潛在殘留,所以還要進行高溫除氣。碳是黑色的會影響透光性,而直接氮化法就避免了這個問題?!敝芙淌诮榻B到。當然,在使用直接氮化法合成陶瓷粉體時也遇到過難題,在問及制備技術難點時,周有福教授說:“直接氮化法需要控制好反應條件,要控制好AlON的比例,一旦比例不對,陶瓷透明度就會受到影響。”這一方法申請了中國發(fā)明。
SiC陶瓷的增韌技術
SiC陶瓷具有中子特性好、耐腐蝕、高溫強度好等性能優(yōu)點,但由于其分子結構的鍵合特點,缺乏塑性變形能力,表現為脆性,嚴重地影響了其作為結構材料的應用潛力。為此,陶瓷強化增韌便成了近年來陶瓷材料研究的核心問題。 中科院物質結構研究所針對新一代核能系統(tǒng)亟需關鍵技術,開展了SiC基、ZrO2基材料增強增韌、堆芯構件精密制造等研發(fā),在問及有關于這一增強增韌技術的進展時,周有福教授介紹說增韌技術基本就是通過微晶增韌、釘扎增韌、納米效應這三種方法來提高韌性。
“性能不是問題,問題在成本”
陶瓷材料在核工業(yè)上的應用比較廣泛,范圍跨度大。核工業(yè)的發(fā)展中心也從核武器轉移到了核能應用上來,核反應堆陶瓷材料的應用領域不應僅是在軍事上,也應該轉移到民用來。在問到關于核反應堆陶瓷材料“軍民轉移,實現產業(yè)化”的問題時,周有福教授坦言到:“成本是問題?!?/span> “其實核反應堆已經是民用的了,例如核電、核能等。要實現軍民轉移,性能不是問題,問題在于成本。軍用的性能指標要求高,而到了民用反而可以相對降低一點。所以實現產業(yè)化的關鍵在成本方面?!?/span>
小 結
周有福教授在和記者談到未來核反應堆陶瓷材料的發(fā)展時,他提到:“SiC基復合材料由于在中子特性、耐高溫方面表現出優(yōu)異的性能,對更長遠的可持續(xù)發(fā)展來說它會是未來發(fā)展的一個重要方向?!焙朔磻烟沾刹牧掀鋵嵰呀洃糜诋斚碌能娛潞凸I(yè)中,技術和工藝也在逐漸成熟,而隨著陶瓷材料的進一步發(fā)展( 比如陶瓷基復合材料的發(fā)展),材料性能中的一些薄弱環(huán)節(jié)像韌性差、難加工等方面也得到了改善,但陶瓷材料仍然還有許多問題需要解決,性能需要進一步提高。
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