[發明專利]一種TiN/C包覆鈦酸鋰氚增殖劑及其制備方法與制備裝置系統

有效

• 申請號: 202011045490.9
• 申請日: 2020-09-28
• 公開（公告）號: CN112174196B
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 朱慶山;向茂喬;鄭婕;岳芬
• 申請（專利權）人: 中科南京綠色制造產業創新研究院;中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: C01B21/076
• 分類號: C01B21/076;C01G23/00;C01B32/05;G21B1/11
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

本發明提供一種TiN/C包覆Lisubgt;2/subgt;TiOsubgt;3/subgt;氚增殖劑及其制備方法與制備裝置系統，所述制備方法包括以下步驟：(1)使Lisubgt;2/subgt;TiOsubgt;3/subgt;顆粒在保護氣氛中處于流化狀態；(2)在步驟(1)持續進行的基礎上，混合Lisubgt;2/subgt;TiOsubgt;3/subgt;顆粒與碳源氣體，得到C包覆Lisubgt;2/subgt;TiOsubgt;3/subgt;顆粒；(3)在步驟(1)持續進行的基礎上，混合步驟(2)所得C包覆Lisubgt;2/subgt;TiOsubgt;3/subgt;顆粒、鈦源氣體與氮源氣體；(4)氣固分離后得到TiN/C包覆Lisubgt;2/subgt;TiOsubgt;3/subgt;氚增殖劑。所述裝置系統包括料倉、流化床包覆裝置、鈦源氣化裝置、產品收集裝置與尾氣處理裝置。本發明克服了Lisubgt;2/subgt;TiOsubgt;3/subgt;對包層材料的腐蝕，同時提升了鋰基陶瓷氚增殖劑在He?Hsubgt;2/subgt;/Hsubgt;2/subgt;O環境中的穩定性。

技術領域

本發明屬于核聚變技術領域，涉及核殼結構先進鋰基陶瓷氚增殖劑的制備方法，尤其涉及一種TiN/C包覆Li₂TiO₃氚增殖劑及其制備方法與制備裝置系統。

背景技術

在核聚變領域，Li₂TiO₃微球作為固態氚增殖包層的候選材料之一，具有Li密度高、氚釋放性能好、抗壓強度大、防潮性好等優異性能。然而隨著研究的逐漸深入，人們發現在實際服役過程中，Li₂TiO₃微球會腐蝕包層材料，形成易碎的氧化物腐蝕層，從而惡化了包層材料的力學性能。尤其是在He-H₂清掃氣氛中，這種腐蝕現象更加明顯，對核反應堆的長期穩定運行造成較大安全隱患。

腐蝕現象的發生主要是由于Li₂TiO₃微球中的Li、O元素與鋼基包層材料中的Fe、Cr、Ni等元素具有較大的親和力，在500-900℃的服役環境中生成易碎、多孔的氧化物腐蝕層，同時由于鋼基包層材料的元素向接觸界面擴散導致基體內部成分偏析，從而進一步惡化了鋼基體力學性能。

此外，鋼基包層材料中的Fe元素也會通過擴散進入Li₂TiO₃晶格和晶界，降低了晶粒生長活化能，在長時間的服役環境中，晶粒會異常長大，導致微球的抗壓強度下降，進而存在球床坍塌的安全隱患。

為解決這一問題，日本原子能機構設計出具有Er₂O₃涂層的RAFM鋼(FusionEng.Des.87(2012)1777–1787)，通過設計Er₂O₃涂層，在微球與鋼基體創造了一個障礙層，阻礙了Li₂TiO₃與鋼基體之間的元素擴散與反應，從而提升包層的安全性。但是隨著服役時間增加，由于氧化物和RAFM鋼基體之間存在較大的熱應力，導致涂層容易脫落。

CN106630985A公開了一種氚增殖用納米結構正硅酸鋰陶瓷小球及其制備方法，首先采用溶劑熱法制備出粒徑均一的前驅體粉體，然后通過濕法成型獲得微觀結構均勻的鋰陶瓷小球素坯，最后通過兩步燒結方式獲得納米結構正硅酸鋰陶瓷小球。所述發明制備的正硅酸鋰陶瓷純度高、球形度好，晶粒尺寸達到納米量級、孔隙小且分布均勻，可有望同時改善氚增殖陶瓷的抗輻照性能、力學性能及釋氚性能。然而所述正硅酸鋰陶瓷小球在使用過程中與包層材料直接接觸，影響氚增殖劑的穩定性。