[发明专利]一种铍锆合金及在核聚变中的应用

说明书

本发明涉及一种铍锆合金及在核聚变中的应用，高温高韧性高中子增殖率的铍锆合金，所述铍锆合金材料成分的原子百分比表达式为Besubgt;a/subgt;(Zrsubgt;b/subgt;Msubgt;c/subgt;)Xsubgt;d/subgt;，其中M为Y,Ti,V,Mn,Fe,Mg,Cr,Co,W,Mo,Nb,Pb,Bi,Ta,Hf,Tl,Re其中的一种或多种,X为O,C,N,P,S,Si,Al,Ca,Sc,Ni,Cu,U中的一种或多种，65≤a≤97,3≤b≤35,0≤c≤35，0d≤3,且a+b+c+d＝100。本发明的铍锆合金具有大的成分范围以及宽泛的制备条件，及优异的高温性能，熔点超过1800℃，中子增殖率接近1，优异的抗辐照肿胀性能和力学性能。

技术领域

本发明属于金属材料领域，具体涉及一种铍锆合金及在核聚变中的应用。

背景技术

随着中国加入国际热核聚变实验堆(ITER)计划，核聚变能作为国际公认的清洁能源，正逐步走入人们的视野。然而商用可控核聚变的实现，仍然面临着3大瓶颈问题，其中之一便是聚变氚燃料的自持问题。而中子增殖剂和中子增殖剂材料是解决该瓶颈问题的关键之一。

铍是一种优良的中子增殖材料。铍的中子在原子核中的结合能小(1.666MeV)，相当于大多数稳定原子能量的1/5～1/6，通过高能粒子轰击包括(n,2n)反应容易释放出中子，从而实现中子的增殖。金属铍，在400℃以下，嬗变He注入量3000appm以下，辐照肿胀不明显(3％)，被选为ITER核聚变应堆包层中的中子增殖剂。但是，未来商用可控聚变堆(DEMO)环境更为苛刻，运行温度更高(600～900℃)，辐照剂量更大，氦注量也高达20000appm，铍的辐照肿胀就特别明显(3％)，可能危及反应堆的运行。

铍的金属间化合物，如Be₁₂Ti，引起了研究者们的注意，国外尤其是日本对Be₁₂Ti进行了大量的研究。但是，由于Ti的加入，Be₁₂Ti的中子增殖性能下降较大，而且韧性很差，极不利于合金及中子增殖剂小球的生产使用。因此，研究具有更高的韧性和更高的中子增殖性能的新合金在聚变中子增殖领域乃至高温领域都具有重要的意义。

发明内容

为了克服现有技术存在的上述问题，本发明提供一种铍锆合金及在核聚变中的应用，用于解决现有技术中存在的上述问题。

一种铍锆合金，所述铍锆合金材料成分的原子百分比表达式为Be_a(Zr_bM_c)X_d，其中M为Y,Ti,V,Mn,Fe,Mg,Cr,Co,W,Mo,Nb,Pb,Bi,Ta,Hf,Tl,Re其中的一种或多种,X为O,C,N,P,S,Si,Al,Ca,Sc,Ni,Cu,U中的一种或多种，65≤a≤97，3≤b≤35，0≤c≤35，0d≤3，且a+b+c+d＝100。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，当0d≤2,0≤c≤3.57,cb≤7.15,91≤a≤97时,所述铍锆合金包括面心立方结构相和密排六方结构相，晶粒尺寸≤80um。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，当0d≤2,0≤c≤5.25,cb≤10.53,87.72≤a≤92.86时,所述铍锆合金包括面心立方结构相和三方结构或四方结构相，晶粒尺寸≤80um。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，当0d≤2,0≤c≤8.33,cb≤16.34,81.7≤a≤89.48时,所述铍锆合金包括三方结构相和六方结构相或四方结构相，晶粒尺寸≤80um。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，当0d≤2,0≤c≤8.33,cb≤16.34,65≤a≤83.34时,所述铍锆合金包括三方结构相、六方结构相、四方结构相和面心立方结构相，晶粒尺寸≤80um。