二氧化铀陶瓷燃料块工艺研究进展

简述了铀及铀氧化物、二氧化铀陶瓷燃料块制备工艺的发展和应用.重点阐述了超化学计量二氧化铀芯块在微氧化气氛下低温活化烧结的最新研究进展.从理论上,提出了扩散烧结和强化烧结是二氧化铀陶瓷燃料块低温烧结的过程机理;从工艺上,提出了工艺稳定性和提高晶粒尺寸是二氧化铀陶瓷燃料块低温烧结的热点课题.展望了二氧化铀陶瓷燃料块微氧化低温烧结的工业应用前景.     

脉冲电流烧结机理的研究进展

脉冲电流烧结（Ｐｕｌｓｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ,ＰＥＣＳ）是材料科学领域开发出的一种新型快速烧结技术,已广泛应用于金属与合金、结构陶瓷、氧化物超导体、复合材料、热电材料、高分子材料以及功能梯度材料的制备．本文简介脉冲电流烧结特征,结合ＰＥＣＳ烧结条件对铜粉末和氧化铝粉体致密化及显微结构影响的实验证据,就脉冲电流烧结过程和机理进行探讨．     

二氧化铀核燃料芯块烧结工艺的发展概况

介绍了当今世界上二氧化铀芯块的主要烧结方法,详细讨论了各种工艺方法的特点、优点及不足,提出了综合改进烧结方法的建议.并简要介绍了二氧化铀核燃料芯块的烧结理论.     

粉末表面氧化对二氧化铀芯块烧结性能的影响

用SEM、XRD、BET和DSC TG、热膨胀仪等观察了UO₂粉末的形貌结构并研究粉末氧化前后的烧结性能,分析了UO₂粉末表面预氧化对二氧化铀芯块烧结性能的影响。结果表明,240℃×8 h是UO₂粉末预氧化表面改性的最佳工艺;粉末改性后表层为UO_2+x和少量U₃0₇,改性粉末压坯在氩气气氛中开始发生收缩的温度降低了530-600℃,平均线收缩率提高了1倍;在本氩气保护条件下,热膨胀试验后芯块的密度从8.52 g/cm³提高到9.44 g/cm³。采用本改性粉末,在1300℃×5 h/N2+5%CO₂-1500℃×1 h/H₂批试烧结,其密度达10.26 g/cm³,O/U比为2.013。     

UO2+x芯块低温烧结的活化机理

报道了UO2+x芯块低温烧结实验的结果.12组芯块在N2+CO2组成的部分氧化气氛下于立式钼丝炉中低温烧结.UO2芯块要获得密度为10.41g/cm3(94.98％理论密度)需在氢气氛中于2073～2273K下烧结,而UO2+x芯块实现该密度的烧结温度可降低400K以上.建立了超氧化铀缺陷模型来研究低温烧结的活化机理.研究发现铀离子扩散系数与气氛中氧分压或是UO2+x中x成正比.利用铀离子的扩散系数,可预测UO2+x芯块在1073、1273、1473和1673K温度下的烧结密度;还可算出x=0.04时,UO2+x芯块在部分氧化气氛下的理论烧成温度.计算所得烧结密度和烧成温度与实验结果符合得很好.     

热压烧结——理解烧结机理的新途径

通常采用热压烧结的方法可以把诸如 SiC、Si_3N_4、AlN、Sialon 等多数共价键材料烧结到理论密度。由于热压烧结的温度较低,时间较短,所以材料的显微结构主要是晶粒尺寸能够得以控制。当压力作为辅助参数时,也可把热压设备看作膨胀(收缩)计;而且人们能够对某种选定的材料的热压烧结曲线(当压力恒定,温度不同时,密度随时间的变化关系)和等温烧结曲线(当温度恒定,压力不同时,密度随时间的变化关系)进行试验。在过去的廿年里,加热烧结的动力学定律已经由致密材料蠕变的能力定律予以导出。运用等温曲线(在相对密度恒定的条件下),人们能推导出烧结速率与压力间的关系,而且从理论公式可以判断出烧结步骤究竟是扩散,界面反应,还是(?)性变形等,当各个步骤对整个烧结过程都作出贡献时,只要考虑烧结速率和压力间的关系图,就足以准确地判定这些步骤是如何作用的:是同时起作用,还是分别起作用。另外在不同的压力下,所得到的温度和晶粒尺寸的影响等其它信息,同样是有用的。这些分析不是单纯几何式的依赖关系,因为它们是基于动力学的研究。这样一来,它们比那些基于研究相对收缩率随时间变化关系的积分形式就更加可靠。     

ZBO(ZnO∶B)靶材烧结机理与特征的研究

用常压烧结方法，在1200℃-1350℃烧结不同含B量的掺硼氧化锌（ZBO）靶材。研究了掺杂量、烧结温度对ZBO靶材微观结构的影响。实验表明，随着烧结温度的增加。ZBO陶瓷的晶粒大小和密度逐渐增大。指出了由于B2O3的挥发，造成ZBO靶材的剩余含B量与掺B量的不符，要获得含定量B的ZBO就必须掺入大约2倍所需量的B2O3。     

低温烧结SrTiO3晶界垫垒高度的研究

本文利用双Ｓｃｈｏｔｔｋｙ势垒模型依据ＳｒＴｉＯ３晶界层电容器材料的Ｒ－Ｔ特性和室温下的Ｉ－Ｖ特性获得了晶界垫垒高度随温度变化的关系，结果表明，势垒高度随温度的升高而增加，定结果与用各不同温度下的Ｉ－Ｖ特性拟合所得到的势垒值基本相符。     

微波介质陶瓷TiO2的低温烧结研究进展

在制备多层微波元件过程中,从环保及制作成本方面考虑,为使用熔点较低的Ag(td=960℃)或Cu(td=1060℃)等贱金属作为电极材料,必须降低介质陶瓷的烧结温度;介绍了几类通过液相烧结降低致密化温度的TiO2基微波介质陶瓷,该类陶瓷的烧结温度已降至1000℃以下,并具有较好的应用前景.     

污泥陶粒制备工艺烧结温度影响研究

为明确陶粒制备工艺的烧成温度范围,考察焙烧机制,进行了不同温度污泥烧制页岩陶粒的实验研究。结果表明,工艺控制参数耐火度:Al2O3/+SiO2Fe2O3+CaO+MgO+Na2O+K2O可以表征混合料烧成开始温度;1000℃以下烧制陶粒的孔径分布为单峰曲线,1050～1100℃烧制陶粒的孔径呈现双峰结构,焙烧机制对陶粒孔隙分布有如下影响:提高焙烧温度,峰值孔径增大,延长焙烧时间,峰值孔径相对位置增加;XRD分析表明,陶粒主要晶相为石英和蓝晶石,在1050℃以上烧结,孔分布出现双峰曲线,可能与氧化铁分解有关。     

Low temperature co-fired ceramics with ultra-low sintering temperature: A review

The recent rapid advances in wireless telecommunication, Internet of Things, the Tactile Internet (5th generation wireless systems), the Industrial Internet, electronic warfare, satellite broadcasting, and intelligent transport systems demand low loss dielectric materials with ultra-low sintering temperatures with modern component fabrication techniques. Properties of microwave ceramics depend on several parameters including their composition, the purity of starting materials, processing conditions, and their ultimate densification/porosity. The preparation, characterization and properties of important materials families such as glass ceramics and molybdates, tellurates, tungstates and vanadates, in combination with Bi, K, Na, Ag, Li, Ba, Ca, etc. with ultra-low sintering temperatures are discussed. In this review the data for all reported low-loss microwave dielectric ceramic materials with ultra-low sintering temperatures are collected and tabulated. The table of these materials gives the relative permittivity, quality factor (tan δ), temperature variation of the resonant frequency, crystal structure, sintering temperature, measurement frequency and references. The data arranged in the order of increasing relative permittivity will be very useful for scientists, industrialists, engineers and students working on current and emerging applications of microelectronics.     

Low temperature sintering of MgCuZn ferrite and its electrical and magnetic properties

The low temperature sintering of MgCuZn ferrite was investigated using the usual ceramic method. The effect of Cu substitution on the properties of MgZn ferrites was also investigated and it was found that the densification of MgCuZn ferrite is dependent upon Cu concentration. The sintered ferrite with a density of 4.93 g/cm³ and electrical resistivity > 10¹¹ Ω-cm was obtained for the ferrite with 12 mol% Cu at relatively low sintering temperature (910° C). The magnetic properties of the ferrites also improved by the Cu substitution. The chip inductors made of the ferrite fired at 910 C with 12 mol% Cu exhibited higher d.c. resistance. From these studies it is concluded that the good quality chip inductor can be obtained using the MgCuZn ferrites.     

烧结温度对WC-TiC-TaC-Co硬质合金性能的影响

采用不同温度下的低压烧结工艺制备WCTiC-TaC-Co硬质合金.结合金相显微镜、XRD及SEM等分析测试手段,研究了烧结温度对合金的微观组织和性能的影响.结果表明,低压烧结工艺下形成了WC+(WC-TiC-TaC)+γ三相合金;合金在1475℃下获得最优的综合性能,其密度、维氏硬度、抗弯强度及断裂韧性分别为:12.9...     

固有烧结温度低的低介电常数陶瓷材料研究进展

固有烧结温度低的低介电常数微波介质陶瓷材料在低温共烧陶瓷(LTCC)中具有重要的应用前景。着重介绍了钨酸盐、磷酸盐、碲酸盐、钼酸盐、钒酸盐、铌酸盐和硼酸盐等固有烧结温度低的低介电常数微波介质陶瓷材料的研究进展,并指出低温共烧陶瓷材料目前存在的问题。     

烧结温度对CuWCr复合材料组织和性能的影响

采用分别在1050、1150、1250、1350和1450℃下烧结WCr骨架后熔渗铜的方法制备了CuWCr复合材料,比较了不同温度烧结制备的WCr骨架及其复合材料的显微组织形貌,并研究了不同烧结温度对CuWCr复合材料硬度、电导率及其真空击穿性能的影响.结果表明,烧结温度越高, WCr骨架的合金化程度越高,1450℃下烧结2.5h后,得到完全合金化的WCr固溶体骨架;随着烧结温度的提高,制备的CuWCr复合材料材料的真空耐电压强度提高,截流值变化不大,真空电弧相对稳定,电弧寿命在0.020ms左右.     

烧结温度对单管式黄土陶瓷支撑体性能的影响

以中值粒径为38.78μm的洛川黄土为骨料,采用滚压成型法和固态粒子烧结法制备单管式黄土基陶瓷膜支撑体。探究烧结温度对黄土陶瓷支撑体性能的影响。通过热重分析、三点弯曲法、压汞法、自制装置、质量损失法、X-射线衍射、扫描电镜对单管式黄土基陶瓷膜支撑体的热稳定性、抗折强度、孔隙率、纯水通量、耐酸碱度、晶相组成的分析及表面形貌的观察对支撑体进行了表征。研究表明,烧结温度确实能影响黄土陶瓷支撑体的性能;当烧结温度为1100℃时,支撑体的表面光滑,孔隙率达到了20.08%、抗折强度为32.46 MPa、纯水渗透率为893 L/(m^2·h·MPa)、酸碱腐蚀重量损失率为0.42%与0.24%,平均孔径和中值孔径分别为4.68、2.68μm。在此烧结温度下可生产出成本合理、效果优良的陶瓷膜支撑体。     

烧结温度对焦磷酸钙/Ti-35Nb-7Zr复合材料微观组织及力学性能的影响

为改善β型Ti-Nb-Zr合金的生物活性,添加20wt%的焦磷酸钙(CPP)生物陶瓷,利用放电等离子烧结技术制备20CPP/Ti-35Nb-7Zr生物复合材料。借助XRD、SEM及力学测试方法等研究不同烧结温度(1 000~1 200℃)下复合材料的微观组织及力学性能,揭示其组织演变对力学性能的影响机制。结果表明:20CPP/Ti-35Nb-7Zr复合材料主要由β-Ti相基体、少量残留α-Ti相及金属-陶瓷相(CaTiO_3、Ti_2O、CaO、CaZrO_3和TixPy)组成;随着烧结温度升高,复合材料中β-Ti相和金属-陶瓷相逐渐增多;金属与陶瓷之间的剧烈反应导致金属-陶瓷相的形态结构发生变化,复合材料中金属-陶瓷相从颗粒状析出物演变成连续网状组织,起到割裂基体的作用。20CPP/Ti-35Nb-7Zr复合材料的压缩弹性模量和抗压强度随着烧结温度的升高而增大,其中压缩弹性模量从64.0GPa增加至71.4GPa,金属-陶瓷相形态结构变化起主导作用。因此,控制20CPP/Ti-Nb-Zr复合材料中金属-陶瓷相的形态结构将有利于改善其力学性能。     

基于黏弹性理论的多聚磷酸改性沥青低温性能

基于黏弹性理论,对不同质量分数(0.5wt%,1.0wt%,1.5wt%,2.0wt%)的多聚磷酸改性沥青及基质沥青进行低温弯曲流变试验(BBR),结合Burgers模型对低温弯曲梁流变试验得到的蠕变数据进行非线性拟合,利用Burgers模型的四个参数(E_1、η_1、E_2、η_2分别是Maxwell和Kelvin模型中弹性模量和黏性系数)确定出低温性能指标,对多聚磷酸改性沥青低温性能进行分析。结果表明:多聚磷酸的添加使沥青中的黏性和弹性都得到了一定的改善,沥青中松弛时间减少,储存能减少,耗散能增加,应力松弛能力得到提高。在相同温度下,多聚磷酸改性沥青延缓了沥青进入蠕变稳定期的时间,但随着温度的降低,达到蠕变稳定期的时间缩短。多聚磷酸改性剂的添加可以提高沥青低温性能,且随质量分数的增加,低温改善效果更好;但随着温度的降低,多聚磷酸对沥青的低温改善程度减小,且不同质量分数对其影响的差异也减小,在-24℃以上适合使用多聚磷酸改性,而在-24℃以下掺入多聚磷酸改性沥青意义不大。