一种核电站用含铅陶瓷及其制备方法

本发明属于材料科学领域，具体涉及一种核电站用含铅陶瓷及其制备方法。

背景技术：

1、我国的核电工业近些年发展迅速，核反应堆在核电工业中其至关重要的作用。为了满足核反应堆的正常运行的条件，我们设计了两种全新含铅的陶瓷材料。

2、铅(pb)具有高原子序数和高密度的特点，对x射线、α射线、β射线、γ射线都有很好地屏蔽能力，被广泛应用于射线辐射的防护中。此外，铅也被用于减速中子辐射中的快中子。但可惜的是，铅元素本身并不具有吸收慢中子的能力，这也意味着铅单质无法很好地屏蔽中子辐射。

3、为了得到应用于核反应堆的材料，本发明引入了具有吸收慢中子能力的锆(zr)元素和铪(hf)元素，再引入碳(c)元素以使其稳定，设计出一种具有m6c(m＝zr、hf)八面体层和pb层交替排布结构的层状陶瓷材料。这种陶瓷材料在保留了铅元素的射线屏蔽能力和减缓快中子速度能力的同时，增加了用于吸收慢中子的m6c(m＝zr、hf)层，可以有效屏蔽α射线、β射线、γ射线和吸收中子，保证了核反应堆的安全运行，在核工业中有非常大的应用前景。

技术实现思路

1、为了达到上述目的，本发明提供一种核电站用含铅陶瓷及其制备方法。

2、本发明的核电站用含铅陶瓷，陶瓷的化学式为zr3pbc2或hf3pbc2。

3、zr3pbc2的空间群为p63/mmc；zr3pbc2的晶格参数为zr原子位于(0，0，0)和(1/3，2/3，0.12586)处、pb原子位于(0，0，1/4)、c原子位于(1/3，2/3，0.56632)。

4、hf3pbc2的空间群为p63/mmc；hf3pbc2的晶格参数为hf原子位于(0，0，0)和(2/3，1/3，0.12552)处、pb原子位于(0，0，1/4)、c原子位于(1/3，2/3，0.06413)。

5、本发明的核电站用含铅陶瓷：zr3pbc2和hf3pbc2。通过x射线衍射、第一性原理计算、扫描电镜等检测分析方法，确定了新相的晶格结构及其原子位置。zr3pbc2和hf3pbc2是含铅元素的纳米层状结构三元层状碳化物陶瓷，属于max相陶瓷中的312相，这也是首次提出并成功合成zr3pbc2和hf3pbc2。本发明了两种核电站用含铅陶瓷这一新相的提出，和成功合成，为核工业提供了新的材料支持，确保了核反应堆的安全运行。

6、本发明的核电站用含铅陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

7、步骤1：将zr/hf粉、pb粉和c粉按摩尔比3：(0.9～1.3)：(2～2.3)在氩气保护下混合，得混合粉体。

8、步骤2：将混合粉体升温至1200～1400℃，其后冷却、磨去表面碳化层，即得样品。

9、进一步的，步骤1中以氩气保护混合，混合时间为10～14h，混合速度为40～80rpm。

10、进一步的，步骤2中升温速率为10～50℃/min，压力为20～40mpa。

11、本发明的有益技术效果为：

12、1、本发明发现了新的核电站用含铅陶瓷zr3pbc2和hf3pbc2，通过x射线衍射、第一性原理计算、扫描电镜等检测分析方法，确定了新相的晶格结构及其原子位置。

13、2、本发明为首次发现的含铅陶瓷zr3pbc2和hf3pbc2，新的陶瓷的发现与制备，为核工业发展提供了新的材料支持，确保了核反应堆的安全运行。

技术特征：

1.一种核电站用含铅陶瓷，其特征在于，陶瓷的化学式为zr3pbc2或hf3pbc2；

2.如权利要求1所述的一种核电站用含铅陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的一种核电站用含铅陶瓷的制备方法，其特征在于，所述步骤1中以氩气保护混合，混合时间为10～14h，混合速度为40～80rpm。

4.根据权利要求2所述的一种核电站用含铅陶瓷的制备方法，其特征在于，所述步骤2中升温速率为10～50℃/min，压力为20～40mpa。

技术总结
本发明公开了一种核电站用含铅陶瓷及其制备方法，含铅陶瓷的化学式为Zr<subgt;3</subgt;PbC<subgt;2</subgt;或Hf<subgt;3</subgt;PbC<subgt;2</subgt;，是含铅元素的纳米层状结构三元层状碳化物陶瓷，属于MAX相陶瓷中的312相；制备方法为：将Zr/Hf粉、Pb粉和C粉按摩尔比3：(0.9～1.3)：(2～2.3)在氩气保护下混合，得混合粉体；将混合粉体升温至1200～1400℃，其后冷却、磨去表面碳化层，即得样品。本发明首次发现的含铅陶瓷Zr<subgt;3</subgt;PbC<subgt;2</subgt;和Hf<subgt;3</subgt;PbC<subgt;2</subgt;，新的陶瓷的发现与制备，为核工业发展提供了新的材料支持，确保了核反应堆的安全运行。

技术研发人员：胡春峰,文博,张奇强,罗嘉
受保护的技术使用者：西南交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13