[发明专利]一种移动式区域熔炼制备单晶金属氘化物的方法

说明书

本发明涉及一种移动式区域熔炼制备单晶金属氘化物的方法，属于材料科学与核技术领域。目的是为了解决单晶金属氘化物难以制备、无法大规模制备、单晶纯度低等问题。本发明无需复杂昂贵的设备，生产操作简单，利用现有生产装置简单改造即可完成对单晶金属氘化物的制备，而且安全系数高，制备条件容易控制；制备过程在氘气氛保护下进行，不会产生高温环境下氘气逃逸现象，保证了冷却结晶过程中得到高纯单晶金属氘化物。

技术领域

本发明涉及一种移动式区域熔炼制备单晶金属氘化物的方法，属于材料科学与核技术领域。

背景技术

能源是国民经济的重要物质基础，一个国家的前途与命运与能源的掌控息息相关。能源的开发和有效利用程度以及人均消费量更是生产技术和生活水平的重要标志。能源驱动着城市的运转，现代化程度越高的城市对能源的依赖越强，但是由于世界上各个国家所使用的能源主要来自各类化石能源，对环境污染严重，而且面临着能源紧缺等问题，发展新型清洁高效的新能源、新材料是全球领域都在关注的重要问题。

氢气作为一种能源材料，具有绿色环保、可再生、能量密度高等一系列优异的特点，在新能源领域具有广泛的应用前景。然而，制氢和储氢技术严重限制了氢能的发展与应用。氘 (deuterium)是氢(H)的同位素，氘比氢多一个中子，能量的释放将比氢更加可观，因此氘常常用于热核反应，并在化学和生物学的研究中作示踪原子，被称为“未来天然燃料”。目前已发现多种储氘性能优异的金属材料，但国内外对金属氘化物比较系统的研究报道较少，而且制备的金属氘化物不是高纯的单晶金属氘化物，多晶金属氘化物的晶面取向不同、晶界繁杂、位错密集交错，晶格缺陷多，在一定程度上将金属氘化物优异的能量特性削弱了。而单晶金属氘化物的晶面取向相同、无晶界，晶体结构连续，最重要的一点是单晶金属氘化物在能源材料的应用中能量转换效率高，吸放氘稳定，拥有更高的应用价值。

刘吉平、刘晓波在高温下条件下将储氘金属材料与氘气直接反应生成金属氘化物，解决了金属氘化物工业化规模制备的技术和纯度问题，产品稳定性好，可以长期贮存(CN103964381A、CN104176773A、CN104176750A、CN104176749A)；王连杰、陈炳德等公开了一种动力堆用的铀氢化锆核燃料棒，既能保持燃料固有安全性，又能满足较高运行功率和较长燃耗寿期动力堆的要求(CN102568618A)；锁志云、李强等设计了一种单晶炉，其结构包括单晶炉体及冷却管，冷却管直接穿过单晶炉体，能够向单晶炉体内热场通入冷却气体，冷却管的一端位于单晶炉体外作为冷却气体的入口端，冷却管的另一端位于单晶炉体内作为冷却气体的出口端(CN201821495135.X)，优点在于可以不改变冷却环境的条件下，利用冷却管向单晶炉内通入冷却气体对热场进行降温，达到了快速冷却热场部件、缩短单晶炉热场冷却时间的目的，但其缺点也是十分明显的，其对于炉体内的单晶冷却速率不好把控，冷却过快容易造成过冷生成枝晶，冷却过慢则会造成晶体生长缓慢，导致产品单晶化程度低。

为了充分利用金属氘化物优异的物理化学性能与含能特性，为金属氘化物在未来能源领域能有更好的应用，因此，提供一种移动式区域熔炼制备单晶金属氘化物的方法具有重大的社会意义和战略价值。

发明内容

本发明的目的是为了解决单晶金属氘化物难以制备、无法大规模制备、单晶纯度低等问题，而提供的一种移动式区域熔炼制备单晶金属氘化物的方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种移动式区域熔炼制备单晶金属氘化物的方法，具体步骤如下：

步骤一、在氩气保护下，将多晶金属氘化物棒放入石墨舟中，继而将一定晶向的高纯单晶金属氘化物籽晶放置于卡盘中的籽晶位置处，并确保单晶金属氘化物籽晶与多晶金属氘化物棒相接触，盖上密封盖；继而通入高纯氘气流，停止氩气流，关闭石英管反应舱门；

所述多晶金属氘化物棒直径d满足12≤d≤22mm，长度L满足180≤L≤200mm；

所述一定晶向的选择为：111或者110；