[發明專利]一種含燒綠石的玻璃陶瓷復合材料制備方法

在審

• 申請號: 201810263203.8
• 申請日: 2018-03-15
• 公開（公告）號: CN108314323A
• 公開（公告）日: 2018-07-24
• 發明（設計）人: 謝華;馮志強;王烈林;鄧司浩
• 申請（專利權）人: 西南科技大學
• 主分類號: C03C10/00
• 分類號: C03C10/00;C03C3/091;C04B35/50
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本發明涉及一種含燒綠石的玻璃陶瓷復合材料制備方法，具體涉及一種前驅體粉末預制+燒結反應制備含Ln₂Ti₂O₇燒綠石硼硅酸鹽玻璃陶瓷復合材料的方法。該方法首先以溶膠?凝膠(sol?gel)法制備高純納米Ln₂Ti₂O₇前驅體粉末，然后與熔融水淬后的玻璃原料按設計比例混合均勻，壓制成塊狀坯料后，在1100～1200℃下保溫1～12h可制得不同質量比的含Ln₂Ti₂O₇燒綠石硼硅酸鹽玻璃陶瓷復合材料。本發明制備的樣品具有相純度高、燒綠石相與玻璃基材相容性好、兩相比例可調等優點。

技術領域

一種含燒綠石的玻璃陶瓷復合材料制備方法，具體涉及一種前驅體粉末預制+燒結反應制備含Ln₂Ti₂O₇燒綠石的硼硅酸鹽玻璃陶瓷復合材料的方法。

背景技術

隨著反應堆燃耗的提升、換料周期的延長以及使用MOX(Mixed Oxide Fuel)燃料等，在鈾钚共去污的乏燃料后處理流程中，產生的高放廢液(High-Level Liquid Waste，HLLW)輻照強度和α放射性水平正在不斷增強。據統計，每噸乏燃料所生成的HLLW雖僅占廢物總體積的3％，卻包含了乏燃料中95％以上的放射性。因此，HLLW的長期安全處理處置已成為世界各國廢物治理的重點和難點，同時也是制約世界核電產業發展的關鍵因素之一。

近年來，HLLW的玻璃固化因對錒系核素的包容量低(≤0.4wt.％)、長期穩定性差(易分相和產生水溶性黃相)等問題，限制了HLLW玻璃固化的發展；HLLW的陶瓷固化具有比玻璃更強的耐α輻照、抗浸出能力和熱穩定性，可實現較大的錒系核素包容量并有效避免玻璃固化產生的分相和黃相問題。但陶瓷的生產工藝復雜，合成條件苛刻(高溫高壓)，工藝操作不連續，從而限制了HLLW陶瓷固化的工程推廣。

玻璃陶瓷是經過熔融、成型及熱處理而制成的一類陶瓷與玻璃相結合的復相材料。放射性核素在玻璃陶瓷固化體中或以“類質同象”取代被固定在析晶陶瓷相中，或彌散分布于惰性玻璃基體內。與玻璃固化相比，玻璃陶瓷具有更高的機械強度、更好的耐熱和化學穩定性。與陶瓷固化相比，玻璃陶瓷的制備工藝簡單，可在較低溫度下形成陶瓷相。此外，錒系核素將獲得玻璃和陶瓷的雙重保障而更有效地與生物圈隔離。因此，玻璃陶瓷已成為固化HLLW新的候選基材。

目前，針對HLLW的玻璃-陶瓷固化基材已開發了諸多候選材料。其中，鈣鈦鋯石CaZrTi₂O₇-玻璃陶瓷對錒系核素的包容量少制約了其進一步應用；Ca_4-xRE_6+x(PO₄)₆O₂-玻璃陶瓷中陶瓷相在較低的α輻照下易發生蛻晶質化；獨居石LnPO₄-玻璃陶瓷中LnPO₄的熱導率低勢必會促進陶瓷相裂紋生成、加速錒系核素浸出。因此，現有玻璃陶瓷固化體中的陶瓷相主要存在著輻照、化學以及熱穩定性較差，對錒系核素固溶度低等不足。