核能作為清潔能源可有效減少碳排放,緩解溫室效應,對促進能源的綠色及可持續(xù)性發(fā)展具有重要的意義。然而,核能產(chǎn)生具有高度放射性的乏燃料,放射出α射線、β射線、γ射線、質(zhì)子以及次生γ射線,并伴隨著大量的熱量及高能中子的溢出,對人身安全及周界環(huán)境造成嚴重威脅。隨著核反應堆(輕水堆—快堆—聚變堆)的快速發(fā)展,對乏燃料的貯存要求越來越高,因此亟需開發(fā)出具有優(yōu)越耐輻照性能的乏燃料貯存材料,以滿足核電工業(yè)的發(fā)展需求�；谏鲜鲅芯勘尘�,本文以PMR型聚酰亞胺樹脂為基體,設計并采用熱模壓技術制備了以碳化硼(B₄C)—碳纖維(CF)—聚酰亞胺(PI)—AA6061鋁合金為體系的超混雜復合層板,系統(tǒng)開展了B₄C/CF/PI/AA6061復合層板的熱力學及力學性能研究、中子屏蔽性能及其機理分析、輻照損傷試驗研究,以探索該材料在乏燃料貯存領域的應用潛能。主要研究內(nèi)容及相關結論如下:(1)研究了B₄C/CF/PI/AA6061超混雜復合層板的制備工藝。探索了AA6061鋁合金陽極氧化工藝、碳纖維增強聚酰亞胺預浸料(CFRP)制備工藝及B_4<...

【文章頁數(shù)】：138 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 核電發(fā)展及乏燃料后處理現(xiàn)狀
        1.1.1 核電應用背景
        1.1.2 我國核電發(fā)展歷程及規(guī)劃
        1.1.3 核乏燃料后處理
    1.2 乏燃料的裂變、屏蔽及輻照損傷機理
        1.2.1 核燃料的裂變
        1.2.2 中子屏蔽機理
        1.2.3 輻照損傷機理
    1.3 乏燃料貯存材料研究進展
        1.3.1 含硼不銹鋼
        1.3.2 B₄C/Al復合材料
        1.3.3 硼/鋁(B/Al)合金
        1.3.4 含鎘、釓中子吸收材料
        1.3.5 聚合物基復合材料
        1.3.6 高密度混凝土
        1.3.7 重金屬
        1.3.8 石蠟
    1.4 本課題的研究意義、研究內(nèi)容及技術路線
        1.4.1 研究意義
        1.4.2 研究內(nèi)容
        1.4.3 技術路線
第二章 B₄C/CF/PI/AA6061 超混雜復合層板的制備工藝研究
    2.1 試驗材料
        2.1.1 AA6061 鋁合金板
        2.1.2 B₄C粉體
        2.1.3 聚酰亞胺樹脂
        2.1.4 TR50S碳纖維
    2.2 AA6061 鋁合金表面處理
        2.2.1 試驗材料及檢測設備
        2.2.2 表面處理方法
        2.2.3 陽極氧化AA6061 鋁合金微觀形貌
    2.3 CFRP制備方法與工藝
        2.3.1 試驗設備及檢測方法
        2.3.2 CFRP制備流程
        2.3.3 CFRP制備工藝參數(shù)優(yōu)化
        2.3.4 碳纖維與聚酰亞胺樹脂界面結合分析
    2.4 B₄C/PI樹脂共混膠液的配制
        2.4.1 試驗方案及設備
        2.4.2 B₄C/PI樹脂共混膠液制備方法
        2.4.3 FTIR紅外光譜分析
        2.4.4 B₄C粉體與PI樹脂的界面改性研究
    2.5 B₄C/CF/PI/AA6061 超混雜復合層板的制備工藝研究
        2.5.1 超混雜復合層板的鋪層結構設計
        2.5.2 超混雜復合層板的制備工藝
    2.6 本章小結
第三章 B₄C/CF/PI/AA6061 超混雜復合層板的熱力學及力學性能研究
    3.1 試驗內(nèi)容與測試方法
        3.1.1 熱性能檢測設備與分析方法
            3.1.1.1 差熱失重分析(TGA/DSC)
            3.1.1.2 導熱系數(shù)測試
        3.1.2 超混雜復合層板的力學性能測試
            3.1.2.1 拉伸剪切性能測試方法
            3.1.2.2 拉伸性能測試方法
            3.1.2.3 彎曲性能測試方法
            3.1.2.4 層間剪切性能測試方法
            3.1.2.5 剝離性能測試方法
        3.1.3 復合材料試樣加工
        3.1.4 超混雜復合層板的微觀形貌
    3.2 試驗結果與討論
        3.2.1 超混雜復合層板的微觀形貌
            3.2.1.1 不同B₄C含量超混雜復合層板的微觀形貌
            3.2.1.2 不同鋪層結構超混雜復合層板的微觀形貌
        3.2.2 B₄C/PI中子屏蔽層/AA6061 鋁合金拉伸剪切強度分析
        3.2.3 溫度對3/2 結構超混雜復合層板力學性能的影響
            3.2.3.1 溫度對超混雜復合層板拉伸性能的影響
            3.2.3.2 溫度對超混雜復合層板層間剪切性能的影響
        3.2.4 鋪層結構對超混雜復合層板力學性能的影響
            3.2.4.1 鋪層結構對超混雜復合層板拉伸性能的影響
            3.2.4.2 鋪層結構對超混雜復合層板彎曲性能的影響
            3.2.4.3 鋪層結構對超混雜復合層板剝離性能的影響
        3.2.5 不同B₄C含量超混雜復合層板的熱性能分析
            3.2.5.1 超混雜復合層板的熱穩(wěn)定性
            3.3.5.2 超混雜復合層板的導熱性
    3.3 本章小結
第四章 B₄C/CF/PI/AA6061 超混雜復合層板中子屏蔽性能研究
    4.1 中子屏蔽試驗與MCNP模擬分析
        4.1.1 超混雜復合層板中子屏蔽性能
        4.1.2 MCNP模型建立與模擬分析
    4.2 中子屏蔽試驗結果與分析
        4.2.1 不同結構超混雜復合層板的中子屏蔽性能
        4.2.2 不同B₄C含量超混雜復合層板的中子屏蔽性能
        4.2.3 中子屏蔽機理分析
    4.3 MCNP數(shù)值模擬結果與分析
        4.3.1 B₄C含量對超混雜復合層板中子屏蔽效率的影響
        4.3.2 中子透射譜與超混雜復合層板厚度之間的關系
        4.3.3 超混雜復合層板次生γ射線能譜
    4.4 本章小結
第五章 B₄C/CF/PI/AA6061 超混雜復合層板輻照損傷試驗研究
    5.1 引言
    5.2 輻照試驗及性能表征
        5.2.1 試驗材料
        5.2.2 輻照試驗
            5.2.2.1 ⁶⁰Co-γ射線輻照試驗
            5.2.2.2 氦離子(He⁺)輻照試驗
        5.2.3 性能表征
            5.2.3.1 微觀形貌觀察
            5.2.3.2 表面粗糙度測試
            5.2.3.3 傅里葉變換紅外光譜
            5.2.3.4 TGA/DSC分析
            5.2.3.5 X射線光電子能譜分析(XPS)
            5.2.3.6 納米壓痕測試
    5.3 試驗結果與討論
        5.3.1 ⁶⁰Co-γ輻照損傷效應
            5.3.1.1 輻照對超混雜復合層板微觀形貌的影響
            5.3.1.2 超混雜復合層板的FTIR紅外光譜分析
            5.3.1.3 輻照對超混雜復合層板熱穩(wěn)定性的影響
            5.3.1.4 超混雜復合層板的XPS分析
        5.3.2 氦離子(He⁺)輻照效應
            5.3.2.1 氦離子輻照對超混雜復合層板微觀形貌的影響
            5.3.2.2 氦離子輻照對納米硬度的影響
            5.3.2.3 氦離子輻照損傷機理
    5.4 本章小結
第六章 結論與展望
    6.1 研究結論
    6.2 創(chuàng)新點
    6.3 研究展望
參考文獻
致謝
在學期間的研究成果及發(fā)表的學術論文



本文編號：3938821