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TRISO微球涂层的微结构与力学性能研究

何宗倍 陈江善 曾强 潘小强 姚力夫 邱邵宇

何宗倍, 陈江善, 曾强, 潘小强, 姚力夫, 邱邵宇. TRISO微球涂层的微结构与力学性能研究[J]. 核动力工程, 2023, 44(3): 121-126. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.03.0121
引用本文: 何宗倍, 陈江善, 曾强, 潘小强, 姚力夫, 邱邵宇. TRISO微球涂层的微结构与力学性能研究[J]. 核动力工程, 2023, 44(3): 121-126. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.03.0121
He Zongbei, Chen Jiangshan, Zeng Qiang, Pan Xiaoqiang, Yao Lifu, Qiu Shaoyu. Study on the Microstructure and Mechanical Properties of TRISO Microsphere[J]. Nuclear Power Engineering, 2023, 44(3): 121-126. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.03.0121
Citation: He Zongbei, Chen Jiangshan, Zeng Qiang, Pan Xiaoqiang, Yao Lifu, Qiu Shaoyu. Study on the Microstructure and Mechanical Properties of TRISO Microsphere[J]. Nuclear Power Engineering, 2023, 44(3): 121-126. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.03.0121

TRISO微球涂层的微结构与力学性能研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2023.03.0121
基金项目: 国家自然科学基金:陶瓷基包覆颗粒弥散燃料辐照-热力耦合行为及失效机理研究(U20B2013)
详细信息
    作者简介:

    何宗倍(1985—),男,博士研究生,现主要从事反应堆燃料及材料相关研究,E-mail: hezongbei@126.com

  • 中图分类号: TL28

Study on the Microstructure and Mechanical Properties of TRISO Microsphere

  • 摘要: 以ZrO2微球为模拟核芯,通过流化床化学气相沉积(FBCVD)工艺制备了三结构同向性包覆颗粒(TRISO)微球,利用扫描电镜、透射电镜等对TRISO微球各包覆涂层的微结构进行了观察分析,并采用微米压痕法测试了各包覆涂层的弹性模量和维氏硬度,在此基础上通过压溃实验对SiC涂层的断裂强度进行了测试。结果表明:①Buffer层由大量的球状碳颗粒组成,涂层中存在较多的大孔;②内PyC层和外PyC的结构类似,由大量表面包裹片层结构的球状碳颗粒组成,致密度相对较高;③SiC层以典型的β-SiC结晶态存在,原子层间距为0.26 nm;④各包覆涂层中,Buffer层的弹性模量和维氏硬度最低,分别在13.29 GPa和1.78 GPa左右,内PyC层的弹性模量和维氏硬度分别在25.80 GPa和3.18 GPa左右,外PyC层的弹性模量和硬度分别在28.15 GPa和3.66 GPa左右,SiC层的弹性模量与硬度均最高,分别在141.4 GPa和21.51 GPa左右;⑤通过压溃实验测得的SiC层平均断裂强度为2581 MPa。TRISO微球各包覆涂层不同的结构特征来源于不同的沉积工艺,前驱气体的热分解反应是控制包覆涂层结构的关键。本文对TRISO微球各涂层的结构和力学特征进行研究,获得相应的性能数据,对TRISO微球的设计应用和堆内辐照行为预测具有重要的指导意义。

     

  • 图  1  TRISO微球涂层形貌

    Figure  1.  Coating Morphology of TRISO Microsphere

    图  2  Buffer层微观形貌及其球状碳颗粒

    Figure  2.  Microstructure of Buffer Layer and Its Spherical Carbon Particles

    图  3  PyC层微观形貌

    Figure  3.  Microstructure of PyC Layer

    图  4  SiC层形貌

    Figure  4.  Morphology of SiC Layer

    图  5  OPyC层与SiC层的TEM照片及其衍射结果

    Figure  5.  TEM Images and Diffraction Results of OPyC Layer and SiC Layer

    图  6  OPyC层与SiC层界面区域的高分辨分析结果

    Figure  6.  High Resolution Analysis of the Interface between OPyC Layer and SiC Layer

    图  7  SiC层与IPyC的TEM照片

    Figure  7.  TEM Images of the SiC Layer and IPyC

    图  8  IPyC层与SiC层界面区域的高分辨分析结果

    Figure  8.  High Resolution Analysis of the Interface between IPyC Layer and SiC Layer

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出版历程
  • 收稿日期:  2022-07-01
  • 修回日期:  2023-03-04
  • 刊出日期:  2023-06-15

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