本文選題：氧化釓 + 納米粉體　； 參考：《山東大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：在稀土元素中,釓的平均中子吸收截面為36300 Barn,熱中子能量為1E-4～1E-1 eV時,其中子吸收截面為1×103～8×105Barn。釓?fù)ǔＲ匝趸?Gd2O3)的形式存在,利用Gd2O3良好的中子吸收性和耐高溫性,可將其用作核反應(yīng)堆中的中子吸收材料。本文采用微波輔助溶液燃燒法合成納米Gd2O3粉體,并研究了Gd2O3陶瓷的制備工藝,采用蒙特卡羅軟件模擬了 Gd2O3陶瓷和丁基橡膠基Gd2O3中子屏蔽材料的中子吸收性能。以微米級Gd2O3為原料,并溶解于硝酸中作為氧化劑,分別以檸檬酸、醋酸和草酸為螯合劑,采用微波輔助溶液燃燒法制備前驅(qū)體,鍛燒后制得納米Gd2O3粉體。分別研究了檸檬酸、醋酸、草酸三種螯合劑對微波燃燒過程的影響。結(jié)果表明,相對于草酸和醋酸,檸檬酸作為螯合劑時,有機/無機雜化程度高。當(dāng)Gd3+:檸檬酸摩爾比為6:2時制備的前驅(qū)體表現(xiàn)出均勻疏松且多孔的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),此結(jié)構(gòu)有利于制得分散性良好的納米Gd2O3粉體。煅燒制度對Gd2O3粉體結(jié)晶性及粒徑影響的研究表明:800 ℃保溫120 min所得Gd2O3呈現(xiàn)單一立方晶相,結(jié)晶性優(yōu)良。Gd2O3粉體顆粒呈球形,平均粒徑約為25nm。分別以Dy2O3、CeO2、Y2O3、YAG作為燒結(jié)助劑,在空氣氣氛中燒結(jié)制備了 Gd2O3陶瓷。研究了燒結(jié)制度(燒結(jié)溫度、保溫時間)和燒結(jié)助劑對Gd203陶瓷相對密度、力學(xué)性能(顯微硬度、彎曲強度、斷裂韌性)、熱學(xué)性能(熱導(dǎo)率、熱膨脹系數(shù))的影響。研究結(jié)果表明,純Gd2O3陶瓷在1600 ℃、保溫2 h燒結(jié)時,其相對密度為93.79%,顯微硬度、彎曲強度、斷裂韌性分別為3.8 GPa、162.50 MPa、3.53 MPa.m1/2。以 Dy2O3、CeO2、Y2O3、YAG 分別作為燒結(jié)助劑,都能顯著促進Gd203陶瓷的燒結(jié)致密化。當(dāng)YAG的添加量為3 wt.%時Gd203陶瓷的相對密度、顯微硬度、彎曲強度、斷裂韌性分別可達97.38%、8.9 GPa、300.23 MPa、3.94MPa·m1/2。純Gd203陶瓷的熱導(dǎo)率和平均熱膨脹系數(shù)分別為3.01 W/(m-K)、2.52×10-6K-1(40～950℃)。當(dāng) YAG 添加量為 9wt.%時,熱導(dǎo)率可達4.61 W/(m·K)。當(dāng)Y2O3添加量為3 wt.%時,Gd2O3陶瓷平均熱膨脹系數(shù)為2.64×10-6K-1。綜合考慮Gd203陶瓷的相對密度、力學(xué)性能和熱學(xué)性能,添加3 wt.%YAG的Gd2O3陶瓷綜合性能較佳。MCNP模擬結(jié)果表明,在熱中子(1E-4～1E-1 eV)輻照下,當(dāng)Gd2O3陶瓷相對度由90%升高到100%時,吸收體的中子吸收率由86.1%升高至88.8%,控制棒的中子吸收率由50.7%升高至54.2%。以丁基橡膠為基體,聚乙烯為快中子慢化劑,氫氧化鋁為阻燃劑,炭黑為補強劑,分別以納米級Gd2O3和微米級Gd2O3為中子吸收劑,制備了中子屏蔽材料。研究結(jié)果表明:Gd2O3粉體粒徑和含量對中子屏蔽材料的力學(xué)性能和中子吸收性能有較大影響。Gd2O3含量在0vol.%～3vol.%的范圍內(nèi),隨著含量的增加,材料的中子吸收率逐漸增大,添加納米Gd203粉體時中子吸收率可達99.8%。相反,隨著Gd2O3含量的增加,材料的力學(xué)性能逐漸下降。在添加納米Gd2O3量為3 vol.%時,屏蔽材料的拉伸強度、斷裂伸長率、撕裂強度分別從0%時的12.45 MPa,670.8%,84.89 kN/m 分別下降至 9.65 MPa,611.5%,69.10 kN/m;添加微米級Gd2O3粉體3 vol.%時分別下降至8.78 MPa,582.1%,66.89 kN/m。綜合考慮力學(xué)性能和中子吸收性能,選擇添加1.5 vol.%納米Gd203粉,能制得更好性能的中子屏蔽材料,拉伸強度、斷裂伸長率、撕裂強度分別為10.79 MPa,634.1%,71.23 kN/m。高性能Gd2O3陶瓷以及丁基橡膠基Gd2O3中子屏蔽材料的制備,將拓展Gd2O3在核反應(yīng)堆、核電站、核燃料處理工廠以及加速器等中子屏蔽方面的應(yīng)用。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TQ133.3

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本文編號：1739609