【摘要】：中子屏蔽材料在核科學技術(shù)領(lǐng)域有舉足輕重的地位。而目前常用的幾種中子屏蔽材料存在著造價高,工藝復雜,力學性能不強等缺點。對此,本文提出一種成本低,耐高溫,輕質(zhì)化,耐腐蝕能力強,力學性能優(yōu)異的以泡沫陶瓷為骨架的中子屏蔽材料,具體研究內(nèi)容如下:本文通過對工藝廢棄物粉煤灰再利用,制備以泡沫陶瓷為骨架的中子屏蔽材料。在粉煤灰中加入紅柱石,氧化鋁等通過前驅(qū)體聚氨酯浸漬法制備泡沫陶瓷,并對其物理性能、微觀結(jié)構(gòu)和物相組成等進行表征,確定了合適的基體原料配比為20wt%粉煤灰,20wt%紅柱石,50wt%氧化鋁和10wt%高嶺土,并對基體漿料進行了添加劑含量的研究,確定漿料分散劑WSM、結(jié)合劑CL與增稠劑CMC的最佳添加量分別為:1.1wt%,3.5wt%和0.1wt%。利用真空二次浸漬技術(shù)對泡沫陶瓷力學性能進一步提升,通過物理性能,微觀結(jié)構(gòu)與相組成等性能對比,確定紅柱石為真空二次浸漬原料。通過控制真空二次浸漬漿料的原料配比及原料粒徑,調(diào)整基體與浸漬漿料的熱膨脹系數(shù),并基于殘余應(yīng)力的計算模型,研究了殘余應(yīng)力對泡沫陶瓷力學性能和熱震穩(wěn)定性能的影響。最后,將制備出的泡沫陶瓷骨架中填入碳化硼微粉并進行封裝,得到新型中子屏蔽材料,對其進行`MCNP模擬與中子屏蔽性能測試,驗證出其中子屏蔽性能優(yōu)于20wt%含硼聚乙烯材料。
【圖文】：

南京航空航天大學全日制專業(yè)學位碩士學位論文機泡沫前驅(qū)體浸漬法前驅(qū)體浸漬工藝是利用有機泡沫浸漬陶瓷漿料，待坯體干燥后高溫泡沫陶瓷的方法[46]。目前該方法被認為是制備泡沫陶瓷最理想的方瓷在很多場景已經(jīng)得到了廣泛地應(yīng)用[47-48]。該工藝主要通過調(diào)節(jié)添善陶瓷漿料的流變性能，控制漿料浸漬與坯體干燥工藝，最終制備瓷材料，如圖 1.2。該方法優(yōu)點在于所需設(shè)備少，生產(chǎn)成本低，工藝簡陶瓷具備三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，氣孔為開孔并相互貫通，氣孔率高。但該的閉合氣孔泡沫陶瓷，并且生產(chǎn)的泡沫陶瓷中孔隙形貌與尺寸最終備的泡沫陶瓷的力學強度也相對較低[49-50]。

粉煤灰制備以泡沫陶瓷為骨架的中子屏蔽材料8圖 1.3 有機泡沫前驅(qū)體浸漬法制備泡沫陶瓷工藝流程圖1.3.5.1 修復孔筋缺陷泡沫陶瓷高溫分解后產(chǎn)生氣體并逸出，導致泡沫陶瓷筋體上產(chǎn)生氣孔并留下的三角形孔洞[52]，這些缺陷加劇了泡沫陶瓷在受外力后應(yīng)力集中，降低了泡沫陶瓷的力學性能。為了改善這種缺陷，國內(nèi)外學者主要通過在泡沫陶瓷預燒結(jié)坯體的基礎(chǔ)上利用低粘度的漿料在真空條件下進行二次涂覆[53-55]。通過真空二次浸漬工藝后，浸漬的二次漿料不僅能涂覆在孔筋表面消除聚氨酯分解帶來的氣孔與裂紋，修復后的具有完整結(jié)構(gòu)的孔筋將賦予泡沫陶瓷更優(yōu)異的力學性能；同時也能利用真空條件下將漿料負壓灌入三角形孔洞，鈍化并填充孔洞，并形成了一種層狀結(jié)構(gòu)強化了基體。經(jīng)過真空二次浸漬工藝，泡沫陶瓷孔筋上缺陷與三角形孔洞由粘度低流動性好的二次漿料涂覆并填充修復，最終可提高孔筋致密度與泡沫陶瓷耐壓強度。1.3.5.2 粗化陶瓷孔筋有機泡沫前驅(qū)體大多采用聚氨酯為模板，聚氨酯材料與水基的陶瓷漿料親和性差，這導致了漿料不能充分而均勻地涂覆在有機泡沫上，使得前驅(qū)體泡沫上掛漿量低，最終導致制備出的泡沫陶瓷孔筋過細，力學性能差。因此，在確保不產(chǎn)生大量閉孔的前提下，如何提高掛漿量，粗化泡沫陶瓷孔筋的方法成為增強泡沫陶瓷力學性能的關(guān)鍵。國內(nèi)外學者，，主要通過優(yōu)化漿料性能與對聚氨酯前驅(qū)體改性的方法達到粗化陶瓷孔筋目的。通過控制添加劑加入量，強化漿料流變性能，制備固含量高，粘度高并具備良好觸變性能漿料，從而在不堵孔的情況下，增加前驅(qū)體聚氨酯泡沫的掛漿量，粗化了泡沫陶瓷孔筋，增強了力學性能[56-57]。一些學者采用對聚氨酯泡沫進行預處理的方法粗化泡沫陶瓷孔筋
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TL344;TQ174.1

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