在低碳環(huán)保的發(fā)展方針下，核能已成為當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的新型能源之一。核能發(fā)電最大的優(yōu)點(diǎn)，是其可以從微少容量的核燃料中產(chǎn)生極巨大的能量，核分裂所轉(zhuǎn)換出來(lái)的能量是化學(xué)燃燒所產(chǎn)生之能量的數(shù)千萬(wàn)倍，而且具有綜合成本低、清潔高效、無(wú)供電間隙等優(yōu)點(diǎn)，受到國(guó)際社會(huì)的廣泛關(guān)注，現(xiàn)已有多個(gè)國(guó)家將其投入應(yīng)用，中國(guó)作為新興的核大國(guó)，也一直關(guān)心和致力于核能的和平利用。

2011年日本福島核事故，讓許多人都對(duì)核能的安全性有所擔(dān)憂，其主因是由于冷卻劑的失效，鋯合金與高溫水反應(yīng)產(chǎn)生氫氣最終導(dǎo)致了爆炸。這次事故徹底暴露了傳統(tǒng)金屬材料的弊端，為了繼續(xù)將核能安全發(fā)展下去，進(jìn)一步提升核能系統(tǒng)的安全性和可靠性是當(dāng)務(wù)之急。

碳化鋯的優(yōu)勢(shì)

與前三代核反應(yīng)堆相比，第四代核反應(yīng)堆的工作溫度高、輻照強(qiáng)度大，為了提高安全性，同時(shí)滿足可持續(xù)性與經(jīng)濟(jì)性，減少核廢料產(chǎn)生，降低對(duì)環(huán)境的影響，堆芯材料必須滿足以下要求：①抗輻照性能好；②熔點(diǎn)高（1000℃-2300℃）；③熱導(dǎo)率高；④抗腐蝕性能強(qiáng)；⑤中子吸收截面小（小于1b）。

核反應(yīng)堆發(fā)展簡(jiǎn)史

為了更好地應(yīng)對(duì)這嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，先進(jìn)非氧化物陶瓷材料憑借良好的高溫性能，取代了傳統(tǒng)金屬材料成為了先進(jìn)核能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)材料的重要候選，主要包括SiC、ZrC、TiN、ZrN等。其中，碳化鋯（ZrC）是二元過渡金屬碳化物的典型代表，具有較高的熔點(diǎn)、硬度和模量，較好的抗摩擦磨損性能、抗燒蝕性能和耐腐蝕性能，良好的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性以及優(yōu)異的熱力學(xué)穩(wěn)定性。這些優(yōu)異的性能使得碳化鋯可被用作切削工具、熱防護(hù)及抗磨損涂層、場(chǎng)發(fā)射體及電極材料。此外，ZrC還具有較低的中子吸收截面和較好的耐輻照性能，特別的ZrC 具所有高熔點(diǎn)(3540℃)、耐裂變產(chǎn)物腐蝕、在高溫下仍具有較高熱導(dǎo)率以及低中子吸收截面等特性，因而可用作核反應(yīng)堆中的惰性基質(zhì)材料，如核燃料包覆材料等。

據(jù)公開文獻(xiàn)報(bào)道，核燃料包覆材料的主要作用是在溫度800℃-1200℃范圍內(nèi)受到輻射時(shí)，將核燃料維持于其中，保證核反應(yīng)堆的安全性。在嚴(yán)重事故情況下，即便包殼破損，放射性物質(zhì)也能被包含在燃料芯塊中，可有效的降低事故發(fā)生后造成的核污染等影響。目前，對(duì)比于傳統(tǒng)SiC材料，ZrC的具有熔點(diǎn)高、中子吸收界面小、抗輻照性能優(yōu)良等綜合核用性能以及輻照下具有較好的相穩(wěn)定性，有望取代SiC成為新的基體材料。

核燃料元件

優(yōu)質(zhì)碳化鋯粉體的重要性

由于ZrC本身具有較強(qiáng)的共價(jià)鍵，因此需要極高的燒結(jié)溫度和較高的燒結(jié)壓力才能夠制備出致密的ZrC陶瓷塊體。陶瓷材料的燒結(jié)過程受原料粒度的影響很大，原料粒度越細(xì)小，材料的燒結(jié)性能越好。因此，制備高質(zhì)量的超細(xì)碳化鋯粉體是很有必要的。

目前為止，制備ZrC粉體有很多方法，如高溫自蔓延法、激光裂解法、電弧熔融合成法、化學(xué)氣相沉積法等——其中，碳熱還原制備碳化鋯粉體最適合工業(yè)化生產(chǎn)。不過，傳統(tǒng)碳熱還原法需要較高的溫度（高于2000℃）提供反應(yīng)動(dòng)力，導(dǎo)致產(chǎn)物晶粒長(zhǎng)大嚴(yán)重，得到的粉體粒度較大，燒結(jié)活性差。

碳化鋯粉體（來(lái)源：長(zhǎng)玉特陶）

但有道是術(shù)業(yè)有專攻，對(duì)于主攻這類非氧化物粉體的企業(yè)來(lái)說(shuō)這不一定是個(gè)難題，吉林長(zhǎng)玉特陶新材料技術(shù)股份有限公司（簡(jiǎn)稱長(zhǎng)玉特陶）就是如此。依托哈工大的技術(shù)實(shí)力，近年來(lái)長(zhǎng)玉特陶針對(duì)高純超細(xì)粉體的制備，超細(xì)粉體的制備開展了更深層次的研究，對(duì)碳熱還原這一傳統(tǒng)工藝不斷進(jìn)行工藝優(yōu)化結(jié)構(gòu)優(yōu)化，研發(fā)出獨(dú)特的原材料預(yù)處理工藝和專用合成制備設(shè)備。與傳統(tǒng)工藝相比，改良后的碳熱還原工藝所生產(chǎn)的包括ZrC粉體在內(nèi)的非氧化物特種陶瓷粉體（碳氮化鈦、碳化鉿、碳化鉭、碳化鈦等）具有粒度分布窄、流動(dòng)性好、雜質(zhì)含量少、燒結(jié)活性高的特點(diǎn)，非常適合用于高端結(jié)構(gòu)制品領(lǐng)域。同時(shí)，針對(duì)核用ZrC粉體，長(zhǎng)玉特陶開發(fā)出新型ZrC粉體品類，精細(xì)調(diào)控粉體中的碳含量，并有效降低了其他高中子吸收截面雜質(zhì)元素含量，與傳統(tǒng)工藝相比，使ZrC粉體的本征抗輻照性能的優(yōu)異性能得以體現(xiàn)。

總而言之，在長(zhǎng)玉特陶這類“專精型”企業(yè)的努力下，這些關(guān)鍵的陶瓷粉體材料也在努力跟上產(chǎn)業(yè)步伐蓬勃發(fā)展，這對(duì)于我國(guó)發(fā)展相關(guān)高新產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)具備極其重要的現(xiàn)實(shí)意義。如果您對(duì)此感興趣的話，也可以通過粉體圈客服與相關(guān)企業(yè)取得聯(lián)系噢。

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