《新型復相Li2TiO3-Li2O固態氚增殖陶瓷材料研究》是依託北京科技大學，由張迎春擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：新型復相Li2TiO3-Li2O固態氚增殖陶瓷材料研究
- 依託單位：北京科技大學
- 項目負責人：張迎春
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
固態氚增殖材料的選擇與研發對於人類開發聚變能的聚變堆包層設計具有重要的科學意義和套用價值。本項目擬突破以往氚增殖材料均採用單相鋰基陶瓷材料的框架，採用復相陶瓷材料設計方案，利用溶膠凝膠自蔓燃和膠態濕法成型等技術研究新型復相Li2TiO3-Li2O鋰基陶瓷增殖材料的製備技術，理論基礎以及材料的熱物理、機械、力學和輻照模擬等性能。探索復相陶瓷中晶體結構與相關係轉變及存在範圍，以及與材料熱力學、機械、力學和輻照性能的關係，進而系統揭示Li2TiO3-Li2O復相陶瓷的熱機械性能和輻照性能的物理本質，在此基礎上尋求固態氚增殖陶瓷材料的性能調控機制和有效途徑，探索新型固態氚增殖陶瓷材料，為現有的固態氚增殖陶瓷材料改性和新材料體系的開發提供理論基礎和實驗根據。
結題摘要
固態氚增殖材料的選擇與研發對於人類開發聚變能的聚變堆包層設計至關重要。本項目採用復相陶瓷材料設計方案，利用溶膠凝膠自蔓燃和膠態濕法成型等技術研究了Li2TiO3-Li2O陶瓷增殖材料的製備技術和材料的熱物理以及氚釋放模擬等性能。研究結果表明採用Sol-Gel自蔓燃技術可以一步合成平均粒徑為30nm的Li2TiO3粉體，粉體具有較高的活性，在950℃時可以獲得相對密度為95%，直徑為1mm的陶瓷微球。採用氫氧化鋰中參入10%硝酸鋰的混合原料，在氫氣氣氛下600℃-700℃保溫2h可以獲得純相氧化鋰粉體，用滾動造粒法製備的Li2O微球，當燒結溫度為950℃可以獲得最大的燒結密度（理論密度的75%）。開發了一種新的微球製備工藝--石墨包覆法，成功製備了毫米級Li2TiO3陶瓷微球。結果顯示液固比對微球球形度有較大影響，當液固比為0.45時可以獲得較高的球形度。XRD結果顯示，1150 C 燒結 2h的陶瓷微球具有單相Li2TiO3結構，其密度可達理論密度的90%。所製備的Li2TiO3陶瓷微球具有均勻的顯微結構和適量的開孔，有利於氚的傳輸和釋放。陶瓷微球具有較高的抗壓強度（50N）。採用一種新型粘結固化劑瓊脂，利用直接濕法成型工藝製備了密度為84.9%的Li2TiO3陶瓷微球，直徑為1mm的陶瓷微球抗壓碎強度達到34.0N，熱導率高於擬合值，主要由晶體缺陷與聲子散射控制，可以主要通過減少Li2TiO3陶瓷球中的晶體缺陷來提高其熱導率。Li2TiO3-Li2O復相陶瓷球的燒結過程中，需要足夠低的CO2分壓，真空壓強需達到10-2Pa以下才能使得球體中生成Li2O相。最終球體內的物相成分為Li2TiO3 、Li2O和Li4TiO4。對不同Li2O含量的陶瓷微球的外殼與核心進行了能譜分析，結果表明，Li2TiO3-Li2O復相球在製備過程中存在偏析現象，Li2O相不斷從外殼轉移到核心中，最終使得外殼主要成分為Li2TiO3，而核心中含較多Li2O。對復相陶瓷微球氚的傳輸和釋放機理進行了模擬計算，結果顯示鋰與中子作用後產生的氚有一部分會被材料俘獲在晶粒內部。復相結構有利於俘獲氚的釋放，釋放速率受各自產物在晶體中的擴散速率和濃度決定。
