[發明專利]一種鈦酸鋰陶瓷球氚增殖材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201310134374.8
• 申請日: 2013-04-17
• 公開（公告）號: CN103183509A
• 公開（公告）日: 2013-07-03
• 發明（設計）人: 盛選禹;周志偉;司文捷;彭天驥
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: C04B35/462
• 分類號: C04B35/462;C04B35/622
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 薄觀玖

技術領域

本發明屬于核能技術領域，特別涉及一種鈦酸鋰陶瓷球氚增殖材料及其制備方法。

背景技術

固體氚增殖包層材料是商用核聚變堆的關鍵材料之一，其制備技術和熱工物理特性直接決定了包層的堆內行為研究，是開展設計和研制氚增殖包層的必要基礎。

磁約束核聚變能是人類未來可持續發展的戰略能源的技術選擇之一，根據目前國際磁約束聚變技術的發展現狀預測，以托卡馬克聚變堆為標志的磁約束核聚變堆商業技術極有可能在二十一世紀前三十年取得實質性進展，開發潛在替代石化能源的清潔核聚變能技術的時機已經成熟。

氚是人造核素并在氘-氚核聚變反應中消耗，為了維持聚變堆的持續穩定運行，需要在聚變堆包層中進行氚生產和增殖，以補充燃耗的氚。

固體產氚材料的種類較多，目前已經開展的相關研究工作主要集中于Li₂O、Li₂ZrO₃、LiAlO₂、Li₂TiO₃、Li₂SiO₃、Li₄SiO₄?等幾種氚增殖劑的氚性能、機械性能和熱性能上。目前，Li₄SiO₄?和Li₂TiO₃已分別成為歐洲和日本聚變堆產氚包層氚增殖劑的首選材料。從包層結構的設計來講，將增殖劑做成微球，若是單一尺寸分布，其在包層中的最緊密堆積填充率也只有67％，考慮不同直徑微球的級配填充，最大填充量為80％。制備方法主要包括日本針對Li₂TiO₃開發的轉動成型、濕法脫水成型、濕法TiO₂加成成型，歐洲的擠出成型、加熱團聚成型以及熔融噴物成型等。

發明內容

針對現有技術不足，本發明提供了一種鈦酸鋰陶瓷球氚增殖材料及其制備方法。

一種鈦酸鋰陶瓷球氚增殖材料的制備方法，其具體步驟如下：

（1）將碳酸鋰和氧化鈦與過量無水乙醇混合在一起，其中碳酸鋰和氧化鈦的摩爾比值為1.1～1.2；

（2）將步驟（1）得到的混合液使用氧化鋯球作為磨球，在磨球機上混料4～5個小時；

（3）把步驟（2）得到的混合料在烘箱內進行烘干，溫度設定為80～90?℃，烘干時間為8～12小時；

（4）把混合料和坩堝都放入燒結爐內，設定升溫曲線，使燒結爐平穩升溫，對混合料進行燒結；經兩個小時升溫到500～600?℃，保溫3小時，然后再用兩個小時時間，升溫到900?℃～1000?℃，保溫24小時；反應方程式為：Li₂CO₃+TiO₂＝Li₂TiO₃+CO₂↑；

（5）把步驟（4）得到的燒結后的混合料重新加入過量無水乙醇，重新倒入磨粉罐內，使用氧化鋯陶瓷球，在磨球機上混合4個小時；

（6）把步驟（5）得到的混合料在烘箱內進行烘干，溫度設定為80～90?℃，烘干時間為8～12小時；

（7）把經步驟（6）烘干后的混合料進行粉碎，過篩；

（8）把步驟（7）所得的混合料粉末裝入橡膠模具中，在等靜壓機上，對橡膠模具進行加壓，所加壓力為100～200?MPa；

（9）把經步驟（8）等靜壓后所得的陶瓷球在高溫爐中進行燒結，燒結溫為1200~1350?℃，保溫時間為5～8小時，即得到一種鈦酸鋰陶瓷球氚增殖材料。

一種鈦酸鋰陶瓷球氚增殖材料，所述鈦酸鋰陶瓷球氚增殖材料的分子式為Li₂TiO₃，其密度不小于3.061?g/cm³，即不小于β-Li₂TiO₃的理論密度的89.2%，其導熱系數為1.8～2.0?W/mK。

本發明的有益效果為：