粉末冶金原子能材料指用於核反應堆的粉末冶金材料。主要有：核燃料、中子控制材料和禁止材料、中子減速材料和反射材料、包套材料和軸承等。
基本介紹
- 中文名：粉末冶金原子能材料
- 外文名：powder metallurgy atomic reactor material
- 定義：用於核反應堆的粉末冶金材料
- 主要有：核燃料、中子控制材料和禁止材料
粉末冶金原子能材料(powder metallurgy atomic reactor material)
指用於核反應堆的粉末冶金材料。主要有：核燃料、中子控制材料和禁止材料、中子減速材料和反射材料、包套材料和軸承等。
(1)核燃料。金屬釷由於其熔點高，通常是用粉末冶金法生產的。金屬鈾雖然可以用熔鑄法生產，但用粉末冶金法節約金屬、減少工序、元件尺寸精確、晶粒均勻，且可製得一定孔隙度的產品，有利於裂變產生氣體的貯存，因此也常用粉末冶金法生產。從充分利用能量240和提高熱電轉換率出發，反應堆向高溫型發展，同時因燃耗時鈾不穩定，所以陶瓷燃料元件得到廣泛的套用。陶瓷元件具有熔點高、高溫強度高、物理化學性能穩定、導熱性和抗腐蝕性優良、與多種金屬包套高溫共容等優點。最常用的是UO2、UC、ThO2等。為避免因輻照損傷而縮短元件的使用壽命，常製成“畫框”式彌散型燃料元件。“畫框”芯是陶瓷燃料彌散體，“畫框”周圍和兩面的蓋板為純鋁或不鏽鋼等材料。“畫框”元件已用於極高溫度氣冷反應堆、熱離子轉換反應堆、核子火箭自備電源和動力裝置等。
(2)中子控制材料和禁止材料。最常見的有金屬鋯、硼不鏽鋼、銀-銦-鎘、碳化硼、稀土氧化物金屬陶瓷等。其中後兩種材料總是用粉末冶金法生產的。碳化硼中子俘獲截面高，控制能譜範圍寬，輻照損傷小，密度低，抗腐蝕，所以是廣泛套用的控制材料和禁止材料。碳化硼除單獨使用外，還可以製成複合材料或金屬陶瓷，如B4C-Al203、B4C-BN、B4C-Al、B4-Cu、B4C—Ni等。Eu2O3-不鏽鋼或鈦，氧化釓、氧化釤或鈦酸銪的不鏽鋼彌散體，都是重要的控制材料。銀-銦-鎘，雖然傳統上是用熔鑄-加工法生產的，但用粉末冶金法(熱壓和擠壓)可以提高強度。
(3)中子減速材料和反射材料。在所有金屬中，鈹的中子吸收截面最小，同時彈性模量高、密度低、抗腐蝕性好，所以鈹和氧化鈹是重要的減速和反射材料。通常用冷壓一燒結、松裝燒結和熱壓工藝製得。主要缺點是鈹的粉塵有毒、加工困難、價格較貴。除鈹和BeO外，ZrH2在許多反應堆中也得到了套用。
