U-10Zr/Zr-4合金界面的微观结构及生长动力学研究

Zr-4合金包壳包覆的U-Zr合金有望发展成为水冷反应堆的金属型核燃料。而燃料与包壳材料之间的相容性是反应堆安全运行的关键,但是,关于U-Zr合金燃料与Zr-4合金包壳材料界面元素扩散和反应的研究很少。为研究U-Zr合金与Zr-4合金之间的相容性和扩散行为,采用真空热压扩散法制备U-10wt.%Zr/Zr-4扩散偶,随后在高真空中580-1100℃高温热处理样品。采用扫描电镜和透射电镜分析检测扩散偶的界面微观结构和元素分布。系统研究了两种合金之间的相容性。δ-UZr₂层和厚约20nm的富铀层形成于热压扩散法制备的样品界面。测量了合金界面扩散系数常数和扩散激活能,分别为4.23(±0.63)×10^-6 m²/s和160.73(±1.67) kJ/mol。结果表明U-10wt.%Zr/Zr-4扩散偶的扩散系数大于U-Zr合金的,特别是在低温段。     

ZrB2体材及薄膜制备技术研究

采用冷等静压成型结合高温烧结的方法制备ZrB2体材,并用磁控溅射方法在UO2芯块表面制备出ZrB2薄膜。利用X射线衍射、扫描电子显微镜、X射线能谱对烧结体及膜层的物相、形貌和成分进行了表征。采用热循环冲击的方法测试膜基结合性能。结果表明,所制体材能够满足磁控溅射制备ZrB2薄膜的需求。体材和膜层均为单相ZrB2,ZrB2薄膜生长均匀、致密且与基体有着良好的结合性能,膜层可以承受80℃到600℃快速升降温5次的热循环而仍然与基体紧密结合。     

热压烧结制备高密度ZrB2陶瓷

在烧结温度和压力为1950℃和50MPa条件下,分别对ZrB2的原始粉末、球磨粉末、加助烧剂的粉末以及既加助烧剂又进行球磨的粉末进行热压烧结实验。采用阿基米德排水法测出了ZrB2陶瓷的密度;利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、能谱(EDS)等手段对粉体和烧结产物的物相、形貌以及成分进行了表征。结果表明:球磨且加助烧剂镍的粉体烧结所得样品致密性最好,相对密度为99.375%,接近全致密;球磨细粉烧结所得样品次之,相对密度为99.09%;添加助烧剂粉末烧结所得样品相对密度为91.45%;用原始粉末烧结所得样品致密性最差,相对密度为84.7%。采用排水法所测得密度结果与扫描电镜观察所得致密性情况一致。     

U-10Zr/Zr-4合金界面的微观结构及生长动力学研究（英文）

为研究U-Zr合金与Zr-4合金之间的相容性和扩散行为,采用真空热压扩散法制备U-10wt%Zr/Zr-4扩散偶,随后在高真空中580~1100℃高温热处理样品。采用扫描电镜和透射电镜分析检测扩散偶的界面微观结构和元素分布。系统研究了两种合金之间的相容性。δ-UZr_2层和厚约20nm的富铀层形成于热压扩散法制备的样品界面。测量了合金界面扩散系数常数和扩散激活能,分别为(4.23±0.63)×10~(-6)m~2/s和(160.73±1.67) kJ/mol。结果表明U-10wt%Zr/Zr-4扩散偶的扩散系数大于U-Zr合金的,特别是在低温段。     

热压烧结ZrB_2/Ni复相陶瓷的显微结构

采用热压烧结法在1 950℃/50 MPa/1 h工艺条件下分别对二硼化锆(ZrB2)粗粉、高能球磨超细粉及两者均添加Ni烧结助剂的4种粉末进行烧结。采用阿基米德排水法测定不同烧结体的密度,采用扫描电子显微镜(SEM)及其附带的能谱仪(EDS)研究烧结体形貌及成分。研究结果表明,纯相ZrB2粗粉的烧结致密化过程为温度和压力作用下的球形颗粒切面接触及烧结颈传质;球磨细化后纯相ZrB2粉体的烧结致密化主要得益于粉体表面积及烧结活性的增大;金属Ni烧结助剂对ZrB2粗粉及细化粉体的烧结致密化均能起到促进作用;对ZrB2粗颗粒而言,Ni元素主要分布在粗颗粒交界处或残留孔隙内,起到增大ZrB2颗粒间的接触面积及烧结颈传质速率的作用;对ZrB2超细粉而言,Ni元素主要分布在ZrB2晶界处,促进了ZrB2晶粒间的互扩散及微细孔隙的进一步缩小。     

钨合金-HR2钢连接界面特性

采用镍作为中间过渡层,通过热等静压(HIP)方法实现了W-Fe-Ni合金与HR2钢的扩散连接.采用拉伸试验测试了连接件的力学性能,采用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)分析了连接试样界面的显微形貌及元素扩散行为.结果表明,在1200~1300℃,130 MPa,保温保压1 h的条件下,可以实现W-Fe-Ni合金与HR2钢的有效连接.拉伸试验中,当载荷达到650 MPa时,基体材料发生断裂,连接界面仍保持完好.结果表明,W-Fe-Ni合金与HR2钢结合紧密,连接界面无裂纹存在.母材与过渡层之间发生了充分的互扩散,W,Co,Cr,Mn等元素都扩散到对方母材基体中,镍表现出更易于向W-Fe-Ni合金一侧扩散的特性.连接界面实现了良好的冶金结合.     

Si和UO_2芯块表面ZrB_2薄膜的制备和表征

Zr B2薄膜作为可燃中子毒物在反应堆上得以应用。本研究采用磁控溅射的方法在Si(111)和UO2芯块表面制备了Zr B2薄膜。利用扫描电镜(SEM)对薄膜的表面与截面形貌进行了观察,利用X射线衍射(XRD)仪、X射线能谱(EDS)、X射线光电子谱(XPS)对薄膜的物相及成分进行了表征,采用热循环以及划痕法对膜层与基体的结合性能进行考核。结果表明,所制备的薄膜为Zr B2薄膜且膜层较为纯净,基本只含有Zr和B 2种元素;Zr B2膜层和UO2基体结合性能良好,膜层生长致密均匀;膜层破坏的临界载荷约为455 m N。