[发明专利]一种流态氚增殖陶瓷复合材料

说明书

一种流态氚增殖陶瓷复合材料，涉及核聚变能源领域。由液固两相混合而成的绝缘流态氚增殖材料即可消除现有的液态金属或熔盐氚增殖剂的磁流体动力学阻力效应和对包层结构材料的腐蚀作用，又可以消除氚释出效率低、传热性低、易碎以及锂挥发造成载气通路堵塞等问题。

技术领域：

本发明涉及核聚变能源领域，具体的说，涉及的是一种用于核聚变装置中的可以流动的氚增殖陶瓷复合材料。

背景技术：

随着环境恶化和能源需求的不断扩大，新能源利用及研发成为发展趋势。核聚变能源有着储量极大、无环境污染等特点，可能成为人类未来能源的主要形式。

氚自持是聚变能应用中必须解决的关键问题之一，氚增殖剂是实现氚自持的核心材料。氚增殖剂主要分为“液态”和“固态”两类，液态氚增殖剂包括锂和锂基金属以及锂基熔盐；固态氚增殖剂则主要是含锂的陶瓷材料。

液态增殖剂的优点是具有高的锂原子密度、良好的传热性、无辐照损伤、便于氚输运到堆外在线回收、氚增殖和输运以及传热集于一身，简化包层结构。然而液态氚增殖剂也有着很大的缺点：存在磁流体动力学阻力效应和腐蚀包层结构材料。

固态陶瓷增殖剂的优点是：不存在磁流体动力学阻力效应、高的化学稳定性、无腐蚀作用、良好安全性。而其缺点在于：锂原子的密度比较低、氚释出效率较低、传热性较低、易碎以及锂挥发造成载气通路堵塞。

为了解决上述液态和固态增殖剂的问题，本发明提出了“流态氚增殖陶瓷复合材料”，它可以同时消除绝大多数问题。

发明内容：

本发明的目的在于通过绝缘流体相与固相的陶瓷增殖剂微粉材料的复合，形成一种可以流动的氚增殖陶瓷微粉复合材料。这样的液固两相混合而成的绝缘流态氚增殖材料即可消除现有的液态金属或熔盐氚增殖剂的磁流体动力学阻力效应和对包层结构材料的腐蚀作用，又可以消除氚释出效率低、传热性低、易碎以及锂挥发造成载气通路堵塞等问题。

本发明的流态氚增殖陶瓷复合材料，其特征在于，由绝缘流体材料和固相的绝缘含锂粉体材料混合而成的，优选流态氚增殖陶瓷复合材料中还是保留原材料的固流两相，分散液或悬浮液，而不是溶液。

其中，绝缘流体材料选自液态或超临界状态的绝缘材料中的一种或几种，如选自氦、氖、氩、氮、氧、CO₂、水以及丙酮、乙醇等液态有机材料，复合材料中可以选用上述某一种绝缘流体材料，也可以选用上述多种绝缘流体按任意比例混合。

其中，固相的含锂粉体材料选自绝缘含锂化合物粉体材料中的一种或几种，如含锂绝缘体化合物选自Li₂O、LiAlO₂、Li₂ZrO₃、Li₆ZrO₇、Li₈ZrO₆、Li₂SiO₃、Li₂TiO₃、Li₄SiO₄等粉体中的一种或几种，若是几种的复合粉体则可以是上述的多种化合物的任意比例的复合粉体材料。固相的含锂粉体材料颗粒尺寸为在1nm～1mm的范围内选用，可以选用该尺寸范围内的某一种尺寸的颗粒，也可以选用多种尺寸的颗粒按任意比例混合。

将上述绝缘流体材料和固相绝缘含锂粉体材料按一定比例混合，如果以“固相绝缘含锂粉体材料占整个复合材料的体积百分比”(以下统一简称“粉体体积分数”)来表示固相绝缘含锂粉体材料与绝缘流体材料的比例，则其体积比例范围可以为：10％～98％，只要使得流态氚增殖陶瓷复合材料具有流动性即可，可根据需要调节体积比例范围来调节流动性，克服一些问题的同时满足增殖剂的性能需求。