[发明专利]一种萤石结构钛酸镝反应堆控制棒及其制备方法

说明书

本发明公开了一种萤石结构钛酸镝反应堆控制棒及其制备方法，其制备方法为：以氧化钼作为稳定剂，将氧化镝、二氧化钛和氧化钼粉体煅烧，获得萤石结构钛酸镝粉体，将萤石结构钛酸镝粉体制成坯体，将坯体烧结获得萤石结构钛酸镝陶瓷；其中，烧结温度高于煅烧温度，将获得的萤石结构钛酸镝陶瓷加工为控制鼓和安全棒组件，经与包壳组装后获得萤石结构钛酸镝的反应堆控制棒。本发明制备的萤石结构钛酸镝反应堆控制棒主要以萤石结构的晶型存在，且不会出现辐照开裂的问题。

技术领域

本发明属于材料制备与加工领域，涉及一种萤石结构钛酸镝反应堆控制棒及其制备方法。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

核反应堆是能维持可控自持链式核裂变反应，以实现核能利用的装置。为了控制链式反应的速率在一个预定的水平上，需用吸收中子的材料做成控制棒，起补偿和调节堆芯反应性和紧急落棒停堆的作用。控制棒包含控制鼓和安全棒两部分。控制棒由中子吸收截面大的材料制成。由于控制棒在高温、腐蚀和中子辐照的恶劣环境下工作，因此，控制棒材料除了具有优异的中子吸收性外，还应该具备耐腐蚀、耐高温和结构稳定的优异性能。

富¹⁰B碳化硼陶瓷是优良的核反应堆控制棒材料，已经用于一些核反应堆系统。但是，由于富¹⁰B碳化硼陶瓷在经过中子辐照后¹⁰B吸收中子放出氦气，容易引起“肿胀”，从而影响控制棒的使用寿命。另外，也有比较研究(V.D.Risovany等，Dysprosium titanate asan absorber material for control rods，Journal of Nuclear Materials,281(2000)84-89)指出，经过4-5年运行之后，钛酸镝陶瓷控制棒的中子吸收性优于碳化硼陶瓷。

钛酸镝具有化学稳定性好、熔点高(1870℃)、在1000℃的温度下不与包壳材料反应、中子辐照后不“放气”、不产生“肿胀”等优点，成为一种热门核反应堆控制棒材料。钛酸镝作为控制棒材料，中子辐照后不产生“肿胀”，其主要原因是控制棒由萤石晶体结构的钛酸镝所构成。

现有技术(CN 105161144 A一种核反应堆堆芯中子吸收材料钛酸镝芯块的制备方法)采用球磨→冷等静压→烧结的方法制备钛酸镝芯块。其工艺特点是将氧化镝、氧化钛粉体经过球磨，随后冷等静压得到坯体，随后1100-1450℃下烧结，得到芯块。然而，本发明前期研究发现，将钛酸镝粉体的合成与钛酸镝陶瓷的烧结一步完成，特别是在最高温度只有1450℃下无法保证烧结体中钛酸镝结晶相都以萤石结构的晶型存在。在钛酸镝控制棒的使用中，钛酸镝六方相等的存在容易造成结构不稳定，会出现辐照开裂等问题。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种萤石结构钛酸镝反应堆控制棒及其制备方法，该方法制备的萤石结构钛酸镝反应堆控制棒主要以萤石结构的晶型存在，且不会出现辐照开裂的问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

一方面，一种萤石结构钛酸镝陶瓷，含有氧化钼，密度为6.2～7.6g/cm³，主晶相为萤石结构Dy₂TiO₅。

另一方面，一种萤石结构钛酸镝陶瓷的制备方法，以氧化钼作为晶型稳定剂，将氧化镝、二氧化钛和氧化钼粉体混合、煅烧，获得萤石结构钛酸镝粉体，将萤石结构钛酸镝粉体制成坯体，将坯体烧结获得萤石结构钛酸镝陶瓷；其中，烧结温度高于煅烧温度。