应用在深海极端环境下的放射源盒子及封装结构、电池制造技术

本发明专利技术公开了应用在深海极端环境下的放射源盒子及封装结构、电池。所述深海极端环境指：在200MPa压强下，同时承受所述放射源500～800℃的工况温度。所述盒子为多层结构，由内而外依次为：稀贵金属及合金体系层、钽钨基合金层、碳基材料层、镍铜基合金层。稀贵金属及合金体系层包括钌Ru、铑Rh、钯Pd、锇Os、铱Ir、铂Pt、钍Th及合金体系，合金的组成为其中任意几种的组合。钽钨基合金层为钽或钨合金或者是含有难熔金属元素的合金。碳基材料层为碳纤维结构或者石墨烯结构复合材料或者碳成分为主的复合材料。镍铜基合金层包含锆Zr、钛Ti、铌Nb、钒V强化剂中的至少一种。该结构同时具有熔点高、强度高、耐腐蚀性良好、力学性能高等优点。力学性能高等优点。力学性能高等优点。

【技术实现步骤摘要】
应用在深海极端环境下的放射源盒子及封装结构、电池


[0001]本专利技术涉及一种用于封装电池的放射源的盒子、具有所述盒子的放射源封装结构、具有所述放射源封装结构的电池，尤其涉及一种应用在深海极端环境下用于封装电池的放射源的盒子、具有所述盒子的放射源封装结构、具有所述放射源封装结构的电池。

技术介绍

[0002]随着人类科学探索活动向太空、深海、极地等延伸，对在极端恶劣环境下能够安全、长期提供稳定电能供应的电池材料提出了更高要求，传统的化学电池、太阳能电池均不能满足使用要求。放射性同位素电池(RTG)是一种能够长时间提供稳定电能供应的电源装置，其工作原理是采用半导体能量转换器将放射性同位素衰变产生的热能转变为电能，具有尺寸小、重量轻、工作寿命长、性能稳定可靠、环境耐受性好等特点。
[0003]包壳材料(PICS)是RTG的密封外壳，要求材料能够承受高温、高压、大温度梯度、强中子辐照，并且能够耐腐蚀、抗振动，不发生吸氢致脆等。对于百瓦级(MHW)以下的低功率RTG，可选择铂合金包壳材料，而目前能够用于百瓦级以上RTG的包壳材料只有铱合金能够满足高性能使用要求。
[0004]单一的Ta金属已难以满足目前人类的发展需求，在此背景下，各式各样的Ta合金应运而生。加入合金元素的纯钽，其力学性能，尤其是强度得到提高。钽钨合金作为一种重要的结构功能材料，广泛应用于航天结构件和真空炉元件等。然而，根据王珊等人的研究，Ta
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W合金的最高硬度仍难以满足现代科技的迅速发展的需求，如高速航空航天飞行器长时间安全服役的需求。
[0005]从复合材料发展趋势来看，在金属基体中掺杂单一组元对性能的提高是有极限的，很难获得综合性能优异的复合材料，如在Ta加入W，在W的含量超过一定值时，Ta
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W合金的性能开始下降，因此极端环境中对放射源的屏蔽防护效果不佳。另外，目前放射性同位素电池封装方式一般是将同位素源层粘接或者镀到电池表面，放射性同位素电池的能量转换效率的提高具有局限性。

技术实现思路

[0006]为了解决极端环境中对放射源的屏蔽防护效果不佳的技术问题，本专利技术提供一种应用在深海极端环境下用于封装电池的放射源的盒子、具有所述盒子的放射源封装结构、具有所述放射源封装结构的电池。。
[0007]本专利技术采用以下技术方案实现：一种应用在深海极端环境下用于封装电池的放射源的盒子，所述深海极端环境指：在200MPa压强下，同时承受所述放射源500～800℃的工况温度；所述盒子为多层结构，由内而外依次为：稀贵金属及合金体系层、钽钨基合金层、碳基材料层、镍铜基合金层；
[0008]其中，稀贵金属及合金体系层包括钌Ru、铑Rh、钯Pd、锇Os、铱Ir、铂Pt、钍Th及合金体系，合金的组成为其中任意几种的组合；
[0009]钽钨基合金层为钽或钨合金或者是含有难熔金属元素的合金；
[0010]碳基材料层为碳纤维结构或者石墨烯结构复合材料或者碳成分为主的复合材料；
[0011]镍铜基合金层包含锆Zr、钛Ti、铌Nb、钒V强化剂中的一种或者几种。
[0012]作为上述方案的进一步改进，钽钨基合金层为掺杂铪Hf，锆Zr，铌Nb，钇Y金属元素所形成的结构层；
[0013]和/或，碳基材料层为碳纤维结构是，所述碳纤维结构为纤维状、或者片状、或者网状、或者致密的板状、或者块状。
[0014]作为上述方案的进一步改进，稀贵金属及合金体系层为Ru
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70％Rh，钽钨基合金层为Ta
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10％W
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0.5％Y合金，碳基材料层为网状碳纤维增强石墨复合材料，镍铜基合金层为Ni
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30％Cu
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1％Zr合金。
[0015]作为上述方案的进一步改进，稀贵金属及合金体系层为Ir
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70％Ru合金，钽钨基合金层为Ta
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15％W
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1％Nb合金，碳基材料层为片状碳纤维增强石墨复合材料，镍铜基合金层为Ni
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25％Cu
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1％V合金。
[0016]作为上述方案的进一步改进，稀贵金属及合金体系层为Pt
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60％Os合金，钽钨基合金层为Ta
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30％W
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1％Zr合金，碳基材料层为氧化石墨烯增强多孔石墨复合材料，镍铜基合金层为Ni
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20％Cu
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2％Ti合金。
[0017]作为上述方案的进一步改进，稀贵金属及合金体系层为Pt
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60％Ir
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1％Th合金，钽钨基合金层为Ta
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40％W
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1％Hf合金，碳基材料层为碳化硅
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石墨烯掺杂碳基复合材料，镍铜基合金层为Ni
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25％Cu
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0.5％Nb合金。
[0018]本专利技术还提供一种放射源封装结构，其包括：
[0019]多个盒子；
[0020]外包壳，将多个盒子相互独立包覆；
[0021]其中：盒子为上述任意应用在深海极端环境下用于封装电池的放射源的盒子。
[0022]作为上述方案的进一步改进，外包壳包括：
[0023]上包壳；
[0024]与上包壳拼接组装的下包壳；
[0025]其中，上包壳与下包壳的拼接轨迹呈“波浪形”或“锯齿形”。
[0026]作为上述方案的进一步改进，外包壳为Ni
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30％Cu
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1％Zr合金制成。
[0027]本专利技术还提供一种电池，其包括：
[0028]至少有一个放射源；
[0029]与至少一个放射源相对应的至少一个盒子，每个盒子用于封装相应的放射源；
[0030]一个外包壳，其用于将所有盒子相互独立包覆；
[0031]其中，盒子为上述任意应用在深海极端环境下用于封装电池的放射源的盒子；
[0032]外包壳为上述任意放射源封装结构中的外包壳。
[0033]本专利技术的放射性同位素电池的封装结构，其最内层采用稀贵金属及合金材质，次内层材料为钽钨基合金材质，次外层为碳基材料，最外层采用镍铜基合金材质。该多层屏蔽结构采用单体模块化设计，在屏蔽结构的组合方面，可以采用圆柱体、立方体、三棱柱等多种不同结构的排列组合方式，同时外层包壳结构设计可以采用“波浪形”与“折线形”等结构以增加其表面积，从而增加同位素电池换能器的数量和接触面积，达到提高换能效率和保
证足够强度的目的。
附图说明
[0034]图1为本专利技术较佳实施例提供的应用在深海极端环境下用于封装电池的放射源的盒子的轴向剖面示意图。
[0035]图2与图1相似，其为本专利技术较佳实施例提供的应用在深海极端环境下用于封装电池的放射源的盒子的径向剖面示意图。
[0036]图3为采用图1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用在深海极端环境下用于封装电池的放射源的盒子，所述深海极端环境指：在200MPa压强下，同时承受所述放射源500～800℃的工况温度；其特征在于，所述盒子为多层结构，由内而外依次为：稀贵金属及合金体系层(1)、钽钨基合金层(2)、碳基材料层(3)、镍铜基合金层(4)；其中，稀贵金属及合金体系层(1)包括钌Ru、铑Rh、钯Pd、锇Os、铱Ir、铂Pt、钍Th及合金体系，合金的组成为其中任意几种的组合；钽钨基合金层(2)为钽或钨合金或者是含有难熔金属元素的合金；碳基材料层(3)为碳纤维结构或者石墨烯结构复合材料或者碳成分为主的复合材料；镍铜基合金层(4)包含锆Zr、钛Ti、铌Nb、钒V强化剂中的一种或者几种。2.如权利要求1所述的应用在深海极端环境下用于封装电池的放射源的盒子，其特征在于：钽钨基合金层(2)为掺杂铪Hf，锆Zr，铌Nb，钇Y金属元素所形成的结构层；和/或，碳基材料层(3)为碳纤维结构是，所述碳纤维结构为纤维状、或者片状、或者网状、或者致密的板状、或者块状。3.如权利要求1所述的应用在深海极端环境下用于封装电池的放射源的盒子，其特征在于：稀贵金属及合金体系层(1)为Ru
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70％Rh，钽钨基合金层(2)为Ta
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10％W
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0.5％Y合金，碳基材料层(3)为网状碳纤维增强石墨复合材料，镍铜基合金层(4)为Ni
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30％Cu
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1％Zr合金。4.如权利要求1所述的应用在深海极端环境下用于封装电池的放射源的盒子，其特征在于：稀贵金属及合金体系层(1)为Ir
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70％Ru合金，钽钨基合金层(2)为Ta
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15％W
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1％Nb合金，碳基材料层(3)为片状碳纤维增强石墨复合材料，镍铜基合金层(4)为Ni
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25％Cu
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1％V合金。5.如权利要求1所述的应用在深海极端环境下用于封装电...

【专利技术属性】
技术研发人员：李京伟，庾文庆，林银河，查鸿凯，韩运成，汤文明，罗来马，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：