《應力狀態下核石墨熱膨脹係數及其微觀機理的研究》是依託清華大學，由周湘文擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：應力狀態下核石墨熱膨脹係數及其微觀機理的研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：周湘文
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
作為高溫氣冷堆的慢化劑、反射層和結構材料，核石墨將被大量使用。堆內石墨構件的完整性和石墨散體結構的穩定性與反應堆的安全息息相關。石墨的熱膨脹係數是保證石墨構件和散體結構完整性及進行穩定性評估的重要參數，應力會導致石墨的熱膨脹係數發生改變。本項目採用應變電測法測量應力條件下國產核石墨在常溫-1000℃的熱膨脹係數，研究載入應力對其熱膨脹係數的影響。隨後利用X射線衍射、掃描電鏡、透射電鏡等實驗手段對核石墨的微觀組織結構進行檢測，研究應力對其微觀組織結構的影響，並結合實驗數據，分析石墨微觀組織結構與其巨觀熱膨脹性能的相互聯繫，並與國外核石墨的相關性能進行對比分析，建立應力狀態下熱膨脹係數的變化機制，創建國內外常用核石墨在應力狀態下熱膨脹係數的資料庫，為堆內石墨構件設計及其完整性和安全性評估提供參考數據，並為國產核石墨的生產改進及其在高溫氣冷堆中的套用提供支持。
結題摘要
採用應變電測法，對核石墨IG-11在應力條件下的熱膨脹行為進行研究。建立了用於測試應力條件下石墨熱膨脹行為的研究平台，選取熱膨脹係數（CTE）與石墨相近的金屬鉬和鎢，採用應變電測法測得其CTE，與熱膨脹儀測定的結果十分接近，誤差僅為1.70%和0.95%，這表明採用應變電測法測定材料的CTE是可靠的。通過應變電測法測量未載入石墨IG-11在室溫~250℃溫度範圍內的CTE，得到橫向和縱向試樣的平均CTE為3.91（單位為10-6/K）和3.88，與其真實CTE間的誤差僅為0.3%和0.5%，從而驗證了應變電測法測試石墨IG-11的CTE的可行性和可靠性。 預載入應力對石墨IG-11的熱膨脹行為影響顯著。預載入壓縮應力後試樣的CTE隨著應力的增大逐漸增大，且呈現較好的線性關係。與未載入試樣相比，橫向試樣在分別預載入10、20、30和40MPa壓縮應力後的平均CTE由3.79增大至4.02、4.14、4.30和4.42，分別提高約6%、9.2%、13.5%和16.6%；對於縱向試樣，預載入壓縮應力後的平均CTE分別提高約5.3%、9%、12.2%和16.5%。預載入壓縮應力後試樣CTE的提高，主要與預載入中試樣的塑性變形有關。 載入壓縮應力對於石墨IG-11的CTE影響顯著。石墨IG-11的CTE隨載入壓縮應力的增大呈線性變化，這與預載入壓縮應力後石墨IG-11的熱膨脹行為的變化一致。平行於載入方向（軸向）的CTE隨著壓縮應力的增大顯著升高，而垂直於載入方向（周向）的CTE則隨著壓縮應力的增大逐漸降低。與未載入狀態下相比，橫向試樣在室溫~250℃載入壓縮應力20、30和40MPa時的平均軸向CTE由3.85增大至4.32、4.56和4.80，分別提高約12%、18%和25%；平均周向CTE則由3.81減少至3.63、3.57和3.53，分別降低約4.7%、6.3%和7.4%。縱向試樣也有類似的變化規律。在載入壓縮應力條件下，軸向和周向的各向異性均低於1.05，保持了很好的各向同性，這對於保持反應堆內石墨結構的整體性是十分有利的。 石墨試樣在載入壓縮應力條件下CTE的變化，主要與石墨內部Mrozowski裂紋的打開和關閉有關，該裂紋會抵消石墨的部分熱膨脹。而預載入條件下石墨在載入方向上因塑性變形使得其內部微裂紋的減少從而導致石墨CTE的提高也進一步印證了該理論分析。
