氚增殖劑Li2TiO3陶瓷微球的制備及性能研究.pdf

1、Li2TiO3陶瓷熱穩(wěn)定性良好、鋰原子密度高、與結(jié)構(gòu)材料相容性好，且在低溫下有優(yōu)異的釋氚能力，被廣泛認(rèn)為是理想的氚增殖劑候選材料之一。
　　Li2TiO3陶瓷在聚變堆包層中常做成微球的形態(tài)進行應(yīng)用，因此，國內(nèi)外科研工作者對Li2TiO3陶瓷微球的制備工作做了大量研究，并達成了一定的共識，即制備的氚增殖微球應(yīng)具有致密度高、晶粒尺寸小、機械強度高以及導(dǎo)熱性好等特點。在當(dāng)前微球的制備方法中，濕化學(xué)法和滾動法得到了大量關(guān)注。但濕化學(xué)法存在

2、工序復(fù)雜、制備過程難以控制、制備的微球的致密度不高等缺陷，滾動法則存在微球粒徑難以控制的不足，且陶瓷微球的燒結(jié)溫度往往較高。
　　針對上述問題，本文采用水熱法制備表面活性高的納米Li2TiO3粉末，研究了合成關(guān)鍵工藝參數(shù)對水熱產(chǎn)物的影響，并探討水熱合成過程；采用改進后的滾動法制備陶瓷微球，研究了工藝參數(shù)對Li2TiO3陶瓷微球物化性能的影響，并對Li2TiO3的離子輻照性能進行了研究。
　　研究表明，當(dāng)Li/Ti比≥2.00

3、、水熱反應(yīng)時間不低于2h時，水熱產(chǎn)物為單一的立方型α-Li2TiO3。水熱合成產(chǎn)物在煅燒溫度高于400℃的情況下，α-Li2TiO3可以轉(zhuǎn)化為β-Li2TiO3。在Li2TiO3的水熱合成中，當(dāng)以TiO2為鈦源時，Li2TiO3的形成機制是溶解-結(jié)晶機制；當(dāng)以鈦酸四丁酯為鈦源時，反應(yīng)原料可直接反應(yīng)生成Li2TiO3，其形成機制是沉淀-結(jié)晶機制。
　　在用改進的滾動法制備微球時，粘結(jié)劑的相對用量、滾動時間、轉(zhuǎn)速、不同鈦源合成的Li2

4、TiO3粉末等都會對微球的成形過程產(chǎn)生影響。當(dāng)以TiO2為鈦源合成的Li2TiO3粉末為原料時，單位質(zhì)量的粉末內(nèi)加入0.4ml質(zhì)量分?jǐn)?shù)3％的PVA水溶液，在400r/mim的轉(zhuǎn)速下滾動1 h可獲得粒徑在1～1.5 mm、平均球形度為1.08的陶瓷微球。該工藝下制備的陶瓷微球在850℃下燒結(jié)即可使致密度高于80%、壓潰強度達到35N，此時微球中的Li/Ti比為1.97。當(dāng)以鈦酸四丁酯為鈦源合成的粉末為原料來制備陶瓷微球時，粉末表現(xiàn)出更好的

5、燒結(jié)性能，燒結(jié)溫度在800℃時即可使致密度達到85%，其壓潰強度約為35N、球形度為1.10。
　　采用SRIM軟件模擬計算了Ar離子對Li2TiO3造成的輻照損傷。計算結(jié)果表明，隨著Ar離子能量的提高，其在Li2TiO3中的投影射程增大。在能量為150keV、劑量為1017/cm2的Ar離子輻照下，Ar離子在Li2TiO3造成的輻照損傷既有位移損傷，又有電離損傷，且最大位移損傷為92.6dpa。輻照樣品的XRD、SEM顯示Li2