本发明专利技术公开了一种铁基铁酸铽材料及其应用，在惰性气体保护下，将七氧化四铽粉末和铁粉末按照质量百分比Fe‑(8～38％)Tb4O7进行称量后混合，在球料比0.8～52:1、装填系数0.15～0.85、球磨转速80～550rpm的条件下，按照球磨50～60min—停止4～6min的方式球磨2～125h；然后将球磨后的混合粉末在压力80～480MPa的条件下冷等静压0.15～3.5h以压制成坯体；再将坯体置于惰性气体保护下在750～1250℃烧结10～65h，即得铁基铁酸铽芯块，能够作为核反应堆控制棒中的优良中子吸收体，且设备、工艺简单，易操作，可控性优越，制备成本低。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及属于核电站反应堆
，具体涉及一种铁基铁酸铽材料及其应用。
技术介绍
在核电站运行过程中，反应堆反应性的控制方式有：化学补偿控制、固体可燃毒物控制、控制棒控制。固体可燃毒物控制主要用于补偿部分初始过剩反应性。而硼浓度只能控制慢变化的反应性。而控制棒是中子吸收体，它的移动速度快，操作可靠，使用灵活，控制反应性的准确度高。核电站反应堆的开、停和功率调节主要由控制棒控制。一旦发生核电事故，控制棒会自动快速下落，使反应堆内的链式裂变反应停止，以保障安全。控制棒的常用中子吸收材料有碳化硼(B4C)、Ag-In-Cd、硼钢、以及它们的组合体等。而以B4C和硼钢材料为代表的中子吸收材料容易在服役过程中出现较严重的辐照损伤，这主要是由于B10的(n,α)反应所产生氦和肿胀所致。另外此类材料会在反应堆严重事故条件下与高温高压的蒸汽发生强放热性氧化反应，产生氢气，严重时发生氢爆。Ag-In-Cd属于强中子吸收体，服役过程中，其微小的移动会带来反应性的较大幅度改变，需要改变硼酸浓度以配合其移动。但利用改变冷却水中的硼酸浓度来追随负载的方法，会产生大量废水，从而增加企业成本，同时采用该方法对反应性调节的时间长，不利于快速准确的调节。因此，在核反应堆中设计采用弱中子吸收体芯块用于控制棒中代替以调节硼酸浓度方法实现对核反应性的微量控制与调节。Tb具有一种稳定的同位素Tb159，经过(n,γ)反应后，其嬗变产物为Tb160，进一步转变为Tb161或Dy160。Tb对中子吸收功能的特点是将其作为核反应堆控制棒用中子吸收体芯块的核心元素。因此，含有Tb元素且具有良好物理与辐照性能的材料可以作为核反应堆控制棒用芯块。铁基材料因其优良的性能、低的制造成本，已经在工业中得到了广泛应用。但目前暂未有铁基铁酸铽材料的相关报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足之处，提供了一种铁基铁酸铽材料及其应用，利用该铁基铁酸铽材料制备得到的铁基铁酸铽芯块能够作为核反应堆控制棒中的优良中子吸收体，且设备、工艺简单，易操作，可控性优越，制备成本低。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案之一是：一种铁基铁酸铽材料，所述铁基铁酸铽材料由铁基及弥散于铁基中的铁酸铽(TbFeO3)组成，且铁酸铽与铁基的质量比为1:0.8～1:6.2。所述弥散于铁基中的铁酸铽可以是p型铁酸铽。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案之二是：一种由上述材料制成的铁基铁酸铽芯块。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案之三是：一种制备上述铁基铁酸铽芯块的方法，包括：在惰性气体保护下，将平均粒度4.5～5.5μm、纯度99.8％以上的烘干七氧化四铽粉末和平均粒度350～450目、纯度99.8％以上的烘干铁粉末，按照质量百分比Fe-(8～38％)Tb4O7进行称量后混合，再加入过程控制剂并使其终质量浓度不超过1％，得到混合粉末；将上述混合粉末在球料比0.8～52:1、装填系数0.15～0.85、球磨转速80～550rpm的条件下，按照球磨50～60min—停止4～6min的方式球磨2～125h；然后将球磨后的混合粉末在压力80～480MPa的条件下冷等静压0.15～3.5h以压制成坯体；再将坯体置于惰性气体保护下在750～1250℃烧结10～65h，即得所述之铁基铁酸铽芯块。其中，随着七氧化四铽的量增多，相应地烧结温度需要更高，球磨、冷等静压、烧结的时间需要更长。一实施例中：所述质量百分比为Fe-(9～26％)Tb4O7；球磨过程的参数为球料比9～11:1，装填系数0.48～0.52，球磨转速370～390rpm，球磨时间2.5～3.5h；冷等静压过程的参数为250～270MPa下冷等静压0.4～0.6h；烧结过程的参数为780～920℃下烧结11～17h。一实施例中：所述质量百分比为Fe-(9～11％)Tb4O7；球磨过程的参数为球料比0.9～1.1:1，装填系数0.78～0.82，球磨转速90～110rpm，球磨时间118～122h；冷等静压过程的参数为440～460MPa下冷等静压2.8～3.2h；烧结过程的参数为1180～1220℃下烧结11～13h。一实施例中：所述质量百分比为Fe-(36～38％)Tb4O7；球磨过程的参数为球料比9～11:1，装填系数0.48～0.52，球磨转速370～390rpm，球磨时间47～49h；冷等静压过程的参数为250～270MPa下冷等静压0.4～0.6h；烧结过程的参数为1180～1220℃下烧结47～49h。一实施例中：所述质量百分比为Fe-(36～38％)Tb4O7；球磨过程的参数为球料比49～51:1，装填系数0.18～0.22，球磨转速490～510rpm，球磨时间2.5～3.5h；冷等静压过程的参数为90～110MPa下冷等静压0.18～0.22h；烧结过程的参数为1180～1220℃下烧结59～61h。一实施例中：所述质量百分比为Fe-(25～26％)Tb4O7；球磨过程的参数为球料比9～11:1，装填系数0.48～0.52，球磨转速370～390rpm，球磨时间2.5～3.5h；冷等静压过程的参数为250～270MPa下冷等静压0.4～0.6h；烧结过程的参数为1180～1220℃下烧结23～25h。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案之四是：一种上述铁基铁酸铽芯块用于制备核反应堆控制棒的用途。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案之五是：一种核反应堆控制棒，包括包壳，所述包壳内设有上述铁基铁酸铽芯块。本专利技术的质量百分比的表示方法Fe-(8～38％)Tb4O7指的是七氧化四铽(Tb4O7)粉末与铁(Fe)粉末的混合物中，七氧化四铽粉末的质量分数为8～38％；同理，Fe-10％Tb4O7、Fe-25.68％Tb4O7、Fe-37％Tb4O7分别指的是七氧化四铽粉末与铁粉末的混合物中，七氧化四铽粉末的质量分数为10％、25.68％、37％。本专利技术所述之“惰性气体”可以是氮气、氩气、氢气、氦气、二氧化碳等，或上述气体的一种或多种的混合，其作用是隔绝氧气并保持一定压强，同时气体本身不参与反应。本技术方案与
技术介绍
相比，它具有如下优点：本专利技术提供了一种铁基铁酸铽材料及其应用，采用粉末冶金工艺在特定的工艺参数下，通过高能球磨法使得Fe粉末与Tb4O7粉末均匀混合，再经过冷等静压和烧结后获得的铁基铁酸铽块体材料具有优良的热传导性能、力学性能和低的热膨胀系数，更利于芯块在吸收中子后把产生的热量导出，充分发挥铽元素的优越核子特性，从而能够作为核反应堆控制棒中的优良中本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种铁基铁酸铽材料，其特征在于：所述铁基铁酸铽材料由铁基及弥散于铁基中的铁酸铽组成，且铁酸铽与铁基的质量比为1:0.8～1:6.2。
【技术特征摘要】
1.一种铁基铁酸铽材料，其特征在于：所述铁基铁酸铽材料由铁基及弥散于铁基中的铁
酸铽组成，且铁酸铽与铁基的质量比为1:0.8～1:6.2。
2.一种由权利要求1所述的材料制成的铁基铁酸铽芯块。
3.一种制备权利要求2所述的铁基铁酸铽芯块的方法，其特征在于：包括：
在惰性气体保护下，将平均粒度4.5～5.5μm、纯度99.8％以上的烘干七氧化四铽粉末和
平均粒度350～450目、纯度99.8％以上的烘干铁粉末，按照质量百分比Fe-(8～38％)Tb4O7进行称量后混合，再加入过程控制剂并使其终质量浓度不超过1％，得到混合粉末；将上述
混合粉末在球料比0.8～52:1、装填系数0.15～0.85、球磨转速80～550rpm的条件下，按照
球磨50～60min—停止4～6min的方式球磨2～125h；然后将球磨后的混合粉末在压力80～
480MPa的条件下冷等静压0.15～3.5h以压制成坯体；再将坯体置于惰性气体保护下在
750～1250℃烧结10～65h，即得所述之铁基铁酸铽芯块。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述质量百分比为Fe-(9～26％)Tb4O7；球
磨过程的参数为球料比9～11:1，装填系数0.48～0.52，球磨转速370～390rpm，球磨时间
2.5～3.5h；冷等静压过程的参数为250～270MPa下冷等静压0.4～0.6h；烧结过程的参数
为780～920℃下烧结11～17h。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述质量百分比为Fe-(9～11％)Tb4O7；球
磨过程的参数为球料比0.9～1.1:1，装填系数0.78～0.82，球磨转速90～110rpm，球磨时间
118～122h；冷等静压过程的参数为440～460MPa下冷等...
【专利技术属性】
技术研发人员：冉广，刘腾蛟，黄金华，张尧立，王鲁闽，李宁，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：福建;35
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。