[发明专利]一种氚增殖用正硅酸锂球壳的制备方法

说明书

本发明提供一种氚增殖用正硅酸锂球壳的制备方法，包括以下步骤：步骤一、向正硅酸锂粉末中加入液体粘结剂，然后放置于搅拌机中搅拌均匀，得到成型性好的粘稠状正硅酸锂粉末团；所述液体粘结剂与粉末的质量比为1:2.5～9；步骤二、将步骤一中得到的正硅酸锂粉末团装入模具中，通过压制成型得到正硅酸锂球壳生坯；步骤三、将步骤二得到的正硅酸锂球壳生坯进行干燥；步骤四、将步骤三中干燥后得到的正硅酸锂球壳生坯在烧结炉中进行烧结，得到正硅酸锂球壳材料；本发明制得的正硅酸锂球壳强度高、使用过程不易粉碎、收缩均匀，适用于TBM模块Li₄SiO₄陶瓷微球氚增殖的模拟验证。

技术领域

本发明涉及氚增殖材料领域，尤其是涉及一种氚增殖用正硅酸锂球壳的制备方法。

背景技术

随着经济的高速发展，社会对能源的需求急速提升，能源问题是21世纪人类需要解决的重大课题。核聚变能源因其固有的安全性、清洁性和燃料储量丰富性，被认为是最有可能解决人类能源问题的途径之一。

在核聚变的聚变堆或聚变-裂变混合堆的聚变驱动器外面有一个包层，包层的目的之一是产生足够的核燃料——氚。包层中的氚增殖剂需满足较高的氚增殖比、优良的热导性、力学性能、释氚性能、辐照性能及较低的氚滞留量等性能，目前通常使用含锂材料。Li4SiO4陶瓷作为氚增殖剂材料，其含锂密度仅次于Li2O，具有力学性能稳定、氚滞留量低、与中子倍增剂（铍）相容性好等优点，已成为中国和欧盟的聚变堆产氚首选增殖剂材料。中国的实验包层模块（TBM）方案中选用0.5mm~1mm的Li4SiO4陶瓷微球作为氚增殖剂材料，Li4SiO4陶瓷微球具有装卸容易、表面积大、透气性能好、氚的扩散和释放便利等优点。

为了了解Li4SiO4陶瓷微球在中子辐照过程中理化性质的变化以及氚的增殖释放过程，需采用计算机模拟和一体的正硅酸锂球壳中子辐照实验验证来完成。但是，采用热压烧结、注射成形等手段制备的正硅酸球壳会带来诸如样品开裂、收缩不均、强度不够等问题。同时，硅酸锂小球在使用过程中存在易粉化、破碎等问题，结构功能一体化的Li4SiO4材料有望改善氚增殖陶瓷的力学性能、抗辐照性能以及释氚性能，是未来氚增殖材料的一个发展趋势。因此，一种氚增殖用正硅酸锂球壳的研究具有重要的科学和工程意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于模拟验证Li4SiO4陶瓷微球经中子源辐照后的理化性能的结构功能一体化的正硅酸锂球壳的制备方法，制得的正硅酸锂球壳强度高、使用过程不易粉碎、收缩均匀，适用于TBM模块Li4SiO4陶瓷微球氚增殖的模拟验证。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种氚增殖用正硅酸锂球壳的制备方法，包括以下步骤：步骤一、向正硅酸锂粉末中加入液体粘结剂，然后放置于搅拌机中搅拌均匀，得到成型性好的粘稠状正硅酸锂粉末团；所述液体粘结剂与粉末的质量比为1:2.5~9；步骤二、将步骤一中得到的正硅酸锂粉末团装入模具中，通过压制成型得到正硅酸锂球壳生坯；步骤三、将步骤二得到的正硅酸锂球壳生坯进行干燥；步骤四、将步骤三中干燥后得到的正硅酸锂球壳生坯在烧结炉中进行烧结，得到正硅酸锂球壳材料；所述烧结工艺为：以5℃/min~10℃/min的升温速率升温至250℃~300℃保温0.5h~2h，继续以5℃/min~10℃/min的升温速率升温至420℃~460℃保温0.5h~2h，再以5℃/min~10℃/min的升温速率升温至950℃~1050℃保温0.5h~2h，随炉冷却。

作为优选方式，所述液体粘结剂为聚丙烯酸钠或聚乙烯醇或松油醇与无水乙醇按浓度为0.6g/L~1.8g/L配制而成。

作为优选方式，所述液体粘结剂为聚丙烯酸钠或聚乙烯醇或松油醇与无水乙醇按浓度为1.2g/L配制而成。

作为优选方式，所述正硅酸锂粉末的粒径为1μm~100μm，纯度为99.9%，粒径分布D50小于10μm。

作为优选方式，所述步骤三中，硅酸锂球壳生坯置于恒温鼓风箱60℃~90℃干燥6h~12h。