碳化硼合成及其烧结体密度.pdf

　第 3 1 卷第 5 期 原 子 能 科 学 技 术 . 3 1, . 5 V o l N o 　1997 年 9 月 A tom ic En ergy Scien ce an d T echno lo gy Sep. 1997 碳化硼合成及其烧结体密度 傅　博 　李盛荣　王永兰 ( 西安交通大学, 7 10049) 直接合成了碳化硼粉, 测定了其化学成分、点阵常数、平均粒径, 确定了合成反应的最佳工艺 参数。研究了热压烧结碳化硼体积密度的控制方法, 测试了烧结体微观组织和性能。采用炉内限位 法控制试样密度精度, 最大偏差为理论密度( ) 的±2% 。富碳或富硼相阻碍晶粒长大。碳化硼 T D 体积密度为 92% 时, 其各项性能达到或超过反应堆工作性能要求指标。从室温升到 600 °, T D C 其抗弯强度约下降 10% 。 关键词　碳化硼　直接合成法　热压烧结　密度精度　高温性能 10 反应堆控制棒材料须具有很高的中子吸收截面, 还要耐高温、抗辐照和抗钠介质腐蚀。 B ( - 28 2 ) 10 的热中子吸收截面很大, 约为 4020 b 1 b = 10 m , 对快堆谱中子也具有高的吸收截面。 B 俘获中子后生成H e 气, 造成控制棒肿胀。因此, 作为反应堆控制棒的硼化物, 应既能俘获中子 [ 1 ] 又能存贮H e 气。大量研究 表明: 碳化硼是比较理想的控制棒材料。控制棒用碳化硼的密度 不必很高, 但其内部需有一定数量的气孔, 以存贮经中子辐照后产生的H e 气, 对杂质含量和 密度精度要求亦很高。杂质, 尤其中子毒物含量要很低, 通常要求密度为理论密度( ) 的 T D ( ) [2 ] 92 ±1 % 。杂质含量和密度精度控制显得极为重要。直接合成法具有容易控制硼碳比、合成 粉纯度高、颗粒小等优点。热压烧结法制备烧结体, 效率高、温度低、助剂用量少, 烧结体密度 高、纯度高、晶粒细、质地致密。本工作采用直接合成热压烧结法研制控制棒用碳化硼。由于10 B 昂贵, 以天然硼为原料制备碳化硼。 1　试验方法 11　碳化硼粉的直接合成及其成分分析方法 1) 将纯度高于 999% 的硼粉和高纯石墨球磨混匀后放入石墨模中, 在高温真空碳管炉中 合成碳化硼粉。不同试样的硼碳配比列于表 1。分别在 1700、1900 和 2 100 °下真空合成, 在 C 2 100 ° 下 气保护下合成; 升温速度 30 ° ; 保温时间 60 。 C A r C m in m in 国家“863 ”计划项 目 现通讯地址: 辽宁工学院材料工程系