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碳源对碳热还原法制备二硼化锆中硼损失的影响

喻冲 冷科 王怡 曾强 唐彦 刘喆

喻冲, 冷科, 王怡, 曾强, 唐彦, 刘喆. 碳源对碳热还原法制备二硼化锆中硼损失的影响[J]. 核动力工程, 2022, 43(S2): 88-93. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.S2.0088
引用本文: 喻冲, 冷科, 王怡, 曾强, 唐彦, 刘喆. 碳源对碳热还原法制备二硼化锆中硼损失的影响[J]. 核动力工程, 2022, 43(S2): 88-93. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.S2.0088
Yu Chong, Leng Ke, Wang Yi, Zeng Qiang, Tang Yan, Liu Zhe. Effect of Carbon Source on Boron Loss in Preparation of Zirconium Diboride by Carbothermal Reduction[J]. Nuclear Power Engineering, 2022, 43(S2): 88-93. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.S2.0088
Citation: Yu Chong, Leng Ke, Wang Yi, Zeng Qiang, Tang Yan, Liu Zhe. Effect of Carbon Source on Boron Loss in Preparation of Zirconium Diboride by Carbothermal Reduction[J]. Nuclear Power Engineering, 2022, 43(S2): 88-93. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.S2.0088

碳源对碳热还原法制备二硼化锆中硼损失的影响

doi: 10.13832/j.jnpe.2022.S2.0088
详细信息
    作者简介:

    喻 冲(1987—),男,硕士研究生,现从事核燃料及材料制备方面研究,Email:yucongy@126.com

  • 中图分类号: TL345

Effect of Carbon Source on Boron Loss in Preparation of Zirconium Diboride by Carbothermal Reduction

  • 摘要: 针对第三代核电堆型AP1000所用的核级ZrB2靶材制备过程中硼易损失问题,以ZrO2、B4C和C为原料,采用碳热还原法制备ZrB2粉体,研究了碳源种类、碳加入量对高温合成过程中硼损失的影响。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、化学滴定仪等分析了样品的相组成、微观形貌和元素含量,根据合成前后硼含量以及质量守恒原则计算了粉末合成过程中硼含量的损失。结果表明:采用碳热还原法制备ZrB2粉体会引起硼的损失;相较于石墨,采用炭黑作为碳源且适当过量,能有效降低合成过程中硼的损失,当B4C过量5%、C过量20%时,合成过程中硼的损失率最低(4.4%),ZrB2粉体颗粒大小均匀,粒径为1~2 μm,纯度较高。

     

  • 图  1  在不同温度下合成ZrB2粉末的XRD图谱

    2θ—衍射角

    Figure  1.  XRD Spectra of ZrB2 Powder Synthesized at Different Temperatures

    图  2  不同碳源及不同硼含量合成ZrB2粉末的XRD图谱

    Figure  2.  XRD Spectra of ZrB2 Powder Synthesized from Different Carbon Sources and Different Boron Content

    图  3  硼含量不同的原料在1600℃合成的ZrB2粉体XRD图谱         

    Figure  3.  XRD Spectra of ZrB2 Powder Synthesized from Raw Materials with Different Boron Content at 1600 ℃

    图  4  合成ZrB2粉末的SEM图

    Figure  4.  SEM Diagram of Synthesized ZrB2 Powder

    表  1  研究原料

    Table  1.   Raw Materials of Research

    原料纯度中位径(D50)制备公司
    商业用ZrO2≥99.9%3 μm致磨新材料科技有限公司
    B4C粉96%1.07 μm郑州嵩山硼业科技有限公司
    炭黑除去水分后纯度≥99.0%50 nm中橡集团炭黑工业研究设计院
    石墨≥99.0%1 μm自贡东新电碳
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    表  2  原料摩尔配比

    Table  2.   Molar Ratio of Raw Materials

    编号ZrO2B4C粉C粉
    T1213
    T221.053
    T321.13
    T421.153
    T5213.3
    T6213.6
    T721.053.3
    T821.053.6
    S1213
    S221.053
    S321.13
    S421.153
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    表  3  反应(1)~反应(5)在标准状态下的起始温度

    Table  3.   Initial Temperatures of Reactions (1)~(5) Under Standard State

    反应(1)(2)(3)(4)(5)
    起始温度/℃14581218142916491376
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    表  4  不同原料合成纯ZrB2粉体时硼的质量损失率

    Table  4.   Mass Loss Rate of Boron in Pure ZrB2 Powder Synthesized from Different Raw Materials

    原料合成
    温度/℃
    合成前硼
    含量/%
    合成后总质
    量损失率/%
    合成后
    硼含量/%
    硼质量损
    失率/%
    S4170013.7835.7617.8420.24
    T3160013.2935.2118.699.75
    T4160013.7835.4619.410.06
    T8160012.5236.2118.804.40
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-08-23
  • 修回日期:  2022-10-10
  • 刊出日期:  2022-12-31

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