CN112897988A - 一种用于固态氧控的聚乙烯醇缩丁醛溶液粘结氧化铅陶瓷及其制备方法 - Google Patents

一种用于固态氧控的聚乙烯醇缩丁醛溶液粘结氧化铅陶瓷及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112897988A
CN112897988A CN202110069337.8A CN202110069337A CN112897988A CN 112897988 A CN112897988 A CN 112897988A CN 202110069337 A CN202110069337 A CN 202110069337A CN 112897988 A CN112897988 A CN 112897988A
Authority
CN
China
Prior art keywords
lead oxide
oxide ceramic
temperature
ceramic
polyvinyl butyral
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202110069337.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112897988B (zh
Inventor
牛风雷
王译锋
许裕恒
李小波
梁瑞仙
朱卉平
刘芳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
North China Electric Power University
Original Assignee
North China Electric Power University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by North China Electric Power University filed Critical North China Electric Power University
Priority to CN202110069337.8A priority Critical patent/CN112897988B/zh
Publication of CN112897988A publication Critical patent/CN112897988A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112897988B publication Critical patent/CN112897988B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/63—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
    • C04B35/632—Organic additives
    • C04B35/634—Polymers
    • C04B35/63404—Polymers obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • C04B35/6342—Polyvinylacetals, e.g. polyvinylbutyral [PVB]
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3296—Lead oxides, plumbates or oxide forming salts thereof, e.g. silver plumbate
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Abstract

本发明公开了属于金属陶瓷技术领域的一种用于固态氧控的聚乙烯醇缩丁醛溶液粘结氧化铅陶瓷及其制备方法，包括PbO和聚乙烯醇缩丁醛溶液；以PbO计，添加大于0且小于等于6wt％的聚乙烯醇缩丁醛溶液；其制备方法为：聚乙烯醇缩丁醛溶液和PbO充分混合、研磨均匀，得到混合物；所得混合物经预压制得到坯体后，重新粉碎，研磨均匀后过筛，得到混合粉末后置于金属模具中加压、保压与泄压后得到陶瓷压坯；将陶瓷压坯进行排胶；最后进行烧结，冷却后得氧化铅陶瓷。所述氧化铅陶瓷具备高硬度、三点弯曲强度和致密度，微观形态良好，在第四代铅基快中子反应堆高温流动冲刷工况下能保持形状的完整性，满足固态氧控的需求。

Description

一种用于固态氧控的聚乙烯醇缩丁醛溶液粘结氧化铅陶瓷及 其制备方法
技术领域
本发明属于金属陶瓷技术领域，尤其涉及一种用于固态氧控的聚乙烯醇缩丁醛溶液粘结氧化铅陶瓷及其制备方法。
背景技术
铅基快中子堆(LFR)在第四代核能系统国际论坛(GIF)被评为有望首个实现工业示范和商业应用的第四代核裂变反应堆，可应用于发电、低温制氢、海水淡化以及民用放射性同位素等工业生产的多个领域。同时，加速器驱动的次临界系统(ADS)是国际上公认能够有效嬗变核电厂乏燃料的途径之一，使乏燃料中一些高放射性、长寿命的元素嬗变为低放射性、短寿命的元素，大大减少毒性和潜在危害。液态铅铋合金(LBE)由于良好的中子学特性和安全特性，可作为铅基快中子反应堆冷却剂、ADS中的散裂靶及次临界堆冷却剂的理想材料。
然而，铅铋合金有着强烈的腐蚀性，在长期高温运行工况中会对铁基材料造成严重腐蚀。为实现铁基材料的防腐，可利用固态氧控方法，通过氧化铅陶瓷在液态LBE中溶解供氧从而控制氧浓度，使结构材料表面生成一层保护性氧化膜而得到保护。但是，在液态铅铋合金高温高速冲刷环境下，普通的氧化铅陶瓷会不断磨损，甚至发生破碎，导致固态氧控失败。
目前有关用于液态铅铋合金回路固态氧控的PbO陶瓷颗粒的性能研究较少。比利时国家核能研究中心(SCK.CEN)的MEXICO回路上使用了纯PbO陶瓷球用于固态氧控，由于其机械性能方面的不足，在经历几百小时的高温铅铋合金冲刷环境后，在PbO球体赤道位置出现裂痕，不能保持保持外形的完整，(A.Marino,J.Lim,S.Keijers,et al.:Design andtest of a mass exchanger for oxygen control in liquid lead bismuth eutectic,In:12th International Workshop on Spallation Materials Technology,19-23October,2014)。
日本学者Kondo等人直接将纯PbO粉末压制成型后在800℃下进行烧结，再将烧结后的PbO陶瓷砸碎，筛选出几何尺寸在一定范围内的PbO碎片用于固态氧控，但是这样烧制的PbO陶瓷质地较为疏松，致密度低，无法在液态铅铋回路中稳定地充当氧源，见参考文献MKondo,M Takahashi,K Miura,T Onizawa:Study on control of oxygen concentrationin lead–bismuth flow using lead oxide particles.《Journal of NuclearMaterials》,2006,357(1–3):97-104。
现有技术曾通过在PbO粉末添加一定比例Pb粉或Bi2O3粉末获得金属增韧的PbO陶瓷，令陶瓷机械性能和微观结构都得到不同程度的改善，但是所烧结的PbO陶瓷都没有放至高温液态铅铋中进行冲刷实验以验证其用于固态氧控的可靠性，见发明专利CN2016102325929,2018105001460。
基于上述问题，亟待提出一种机械性能和力学性能优异，同时具有耐冲蚀能力，能持久稳定进行固态氧控的氧化铅陶瓷。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种用于固态氧控的聚乙烯醇缩丁醛(PVB)溶液粘结氧化铅陶瓷，其特征在于，包括PbO和聚乙烯醇缩丁醛溶液，以PbO计，添加大于0且小于等于6wt％的PVB溶液；优选为4wt％；
所述氧化铅陶瓷的制备方法为：
1)将PVB溶液和PbO充分混合、研磨均匀，得到混合物；
将陶瓷原料PbO粉末和PVB溶液混合在一起，通过研磨使粘结剂与PbO粉末充分混合、降低PbO粉末的不均匀性，有助于陶瓷坯体压制时的压力传递，提高坯体的密度均匀性。球磨有助于减少粉体粒径，提高比表面能，有利于烧结致密化。颗粒间扩散距离越短，需要的烧结活化能和烧结温度越低。颗粒越细，活性越大，烧结时间越短，烧结的陶瓷强度也越高。但需注意的是如果球磨时间过长，粉末粒径过小，烧结会不均匀，陶瓷部分区域不能致密化。研磨前，PbO颗粒的粒径在10-20μm之间，研磨后的PbO颗粒的粒径小于10μm。
2)步骤1)中所得混合物经预压制得到坯体后，重新粉碎，研磨均匀后过筛，得到混合粉末；
粉碎采用球磨方式，得到更加均匀的粉末粒径。经过球磨后，粉体由于重力、残存的酒精作用会团聚在一起，影响陶瓷胚体在压制时的流动性，增加粉末颗粒间的摩擦力，压制时容易出现缺陷，进而影响烧结。因而球磨后过50目筛，增加团粒的流动性提高松装密度。
3)将混合粉末置于金属模具中加压、保压与泄压后得到陶瓷压坯；
利用压力将混合粉末在模型中压成致密胚体。压力增加了胚体晶粒接触面，有利于晶界移动。钢模压制操作简单，但假如出现加压过快或加压不均匀等压制不当过程，压制的坯体会出现分层、局部剥离等缺陷。
4)将陶瓷压坯进行排胶；通过排胶过程得到的氧化铅陶瓷，既能吸收足够热量使晶粒充分生长减小晶粒间的空隙，排胶速度又缓和到足够使陶瓷表面不产生气孔，断面表现为穿晶断裂，呈现片层结构；达到高的弯曲强度。
5)将步骤4)中所得的压坯进行烧结，冷却后得到所述氧化铅陶瓷。由于氧化铅在高温下会挥发，为了减少挥发，烧结时采用了包埋的方式烧结。
所述的PVB溶液中，PVB粉末的百分含量为4wt％；具体配置方法为PVB粉末4wt％和无水乙醇96wt％。
PbO、PVB粉末和无水乙醇的纯度大于99wt％。
所述步骤2)预压制的压力为8～10MPa，预压制时间为2～4min。
所述步骤3)中金属模具压制成型采取0.1～0.3MPa/s的加压速率加压至8～45MPa，保压3～10min，然后以0.1～0.3MPa/s的泄压速率泄压。较低的加压、泄压速度保证粉末在模型中压成致密坯体，避免加压过快造成坯体内部密度不均匀、泄压过快导致坯体破碎。
所述步骤4)排胶参数为：以53℃/min的加热速率，将炉温升至250℃，保温60min；再以53℃/min的加热速率将炉温升至350℃，保温60min；然后以53℃/min的加热速率将炉温升至500℃，保温60min，最后自然冷却到室温。
或，以53℃/min的加热速率升温至150℃，保温40min；以53℃/min的加热速率升温至250℃，保温40min。以53℃/min的加热速率将炉温升至350℃，保温40min；以53℃/min的加热速率将炉温升至500℃，保温60min后自然冷却到室温。
排胶过程既能保证PVB的充分裂解，又不会裂解过快影响陶瓷性能。
所述步骤5)烧结过程采用包埋方式，烧结温度为600℃～620℃，保温30～120min。
所述步骤5)烧结过程使用常规马弗炉或微波加热炉。
所述步骤5)冷却为随炉冷却或降温冷却，降温冷却速率为45～60℃/min。
本发明的有益效果在于：
1.本申请一种用于固态氧控的聚乙烯醇缩丁醛(PVB)溶液粘结的氧化铅陶瓷及其制备方法，氧化铅陶瓷具备优良的机械性能，所述氧化铅陶瓷的硬度为862.87-1212.575HV，三点弯曲强度为11.34-26.33MPa，相对密度为83.46-90.163％。所述氧化铅陶瓷在450℃下耐铅铋合金冲刷0-200h，抗压性能为192.75-240N，耐形变位移为0.055-0.158mm，在应用中能向液态铅铋合金稳定供氧，能满足固态氧控系统中高温金属冲刷要求，使高温高速冲刷后的氧化铅陶瓷能保持完整的形状和良好的性能。
2.本发明采用PVB溶液粘结的氧化铅陶瓷，内部晶粒生长均匀而充分，晶粒间结合力强，陶瓷微观形态良好，陶瓷硬度得到有效提高；PVB的高分子链状结构将陶瓷粉末颗粒紧密连接在一起，阻止陶瓷颗粒受力后产生位移，对坯体产生增强作用，致密性和强度都得到提高；PVB溶液粘结的氧化铅陶瓷具备良好力学性能，在第四代铅铋冷却快中子反应堆固态氧控系统高温流动、长时间强冲刷环境下，仍能保持形状的完整性，陶瓷供氧性能良好，能稳定、有效调节铅铋回路中的氧浓度，满足固态氧控的需求，对铁基材料实现防腐，满足工业上的需求。
附图说明
图1为实施例1常规马弗炉烧结得到添加4％PVB溶液粘结的氧化铅陶瓷表面形貌扫描电镜图；
图2为实施例1常规马弗炉烧结得到添加4％PVB溶液粘结的氧化铅陶瓷断口形貌扫描电镜图；
图3为不添加PVB溶液常规马弗炉烧结得到的纯PbO陶瓷表面形貌扫描电镜图；
图4为不添加PVB溶液常规马弗炉烧结得到的纯PbO陶瓷断口形貌扫描电镜图；
图5为实施例4常规马弗炉烧结得到添加6％PVB溶液粘结的氧化铅颗粒截面图；
图6为实施例4常规马弗炉烧结得到添加6％PVB溶液粘结的氧化铅颗粒经100h高温流动铅铋冲刷后的截面图；
图7中a和b分别为制备的氧化铅陶瓷颗粒与冲刷后取出的氧化铅陶瓷颗粒；
图8中a、b、c分别为氧化铅陶瓷进行打磨，冲刷100h和冲刷200h实验后其表面的SEM照片；
图9为氧化铅陶瓷的压缩实验结果；
图10为应用于比利时国家核能研究中心(SCK.CEN)的MEXICO回路上的氧化铅陶瓷在冲刷前后的对比图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：
实施例1
按照以下步骤制备PVB溶液粘结的氧化铅陶瓷：
1)配置PVB溶液，PVB溶液中PVB粉末4wt％和无水乙醇96wt％；在PbO粉末中添加PVB溶液，PVB溶液质量为PbO粉末的4wt％，充分混合，研磨均匀，得到混合物；PbO粉末和PVB粉末的纯度均大于99wt％；
2)将步骤1)所得混合物在10MPa压力下预压制2min得到预压片，然后重新研碎，得到更加均匀的混合粉末，再过50目筛，增加团粒的流动性提高松装密度；
3)将步骤2)得到的混合粉末倒入金属模具中，进行加压、保压及泄压处理，得到陶瓷压坯；采取小于0.3MPa/s的速率加压至45MPa，保压3min，然后以0.1MPa/s的速率泄压；
4)将陶瓷压坯放入马弗炉中进行排胶：以53℃/min的加热速率，将炉温升至250℃，保温60min；再以53℃/min的加热速率将炉温升至350℃，保温60min；然后以53℃/min的加热速率将炉温升至500℃，保温60min，最后自然冷却到室温；
5)将步骤4)排胶后的陶瓷进行升温烧结、冷却处理：将常规马弗炉以10～15℃/min的速率加热至620℃，保温120min，烧结完成后随炉冷却至室温，取出得到添加4wt％PVB溶液粘结的氧化铅陶瓷，陶瓷的显微结构如图1、图2扫描电镜所示；
由图1、图2可知，实施例1制备得到的氧化铅陶瓷表面光滑，气孔数量少，晶粒充分生长，生长均匀，晶体结构紧密；
由图3、图4可知，不添加PVB溶液条件下，马弗炉烧结得到的纯PbO陶瓷样品表面粗糙多空凹凸不平，晶粒间有空隙，晶体为大小不均匀的片层状。
实施例2
按照与实施例1相同的方法流程制备PVB溶液粘结的氧化铅陶瓷，其中PVB溶液添加量为PbO粉末的2wt％，在常规马弗炉620℃下进行烧结，得到添加2wt％PVB溶液粘结的氧化铅陶瓷。
实施例3
按照与实施例1相同的方法流程制备PVB溶液粘结的氧化铅陶瓷，其中PVB溶液添加量为PbO粉末的6wt％，在常规马弗炉620℃下进行烧结，得到添加6wt％PVB溶液粘结的氧化铅陶瓷。
实施例4
按照与实施例3相同的方法流程制备PVB溶液粘结的氧化铅陶瓷，其中，步骤1)中PVB溶液添加量为6wt％；
步骤4)中排胶参数为：以53℃/min的加热速率升温至150℃，保温40min；以53℃/min的加热速率升温至250℃，保温40min。以53℃/min的加热速率将炉温升至350℃，保温40min；以53℃/min的加热速率将炉温升至500℃，保温60min后自然冷却到室温；排胶后升温至620℃，保温120min；其他参数均相同。
由图5、图6可知，实施例4制备得到的氧化铅陶瓷经100h高温流动铅铋冲刷环境下仍能保持外形的完整，不会发生破碎，陶瓷性能良好。
对实施例1、2、3、4制备得到的添加不同比例分数PVB溶液粘结的氧化铅陶瓷与不加PVB溶液获得的纯氧化铅陶瓷进行维氏硬度、三点弯曲强度以及致密度对比，其中维氏硬度采用压入法测量，致密度分析采用阿基米德排水法，得到如表1、2、3所示数据。
经过实验证明，PVB溶液添加量较少时，0-1wt％时，陶瓷硬度与未添加PVB的陶瓷硬度相差不大。当PVB溶液添加量增加到2wt％，陶瓷硬度从904.50HV上升到1212.58HV，增幅达34％。PVB添加量继续上升，硬度反而有所下降，当PVB添加量为6wt％时，陶瓷硬度为923.34HV。
并且，结合表1中可以看出，添加PVB会有效提高陶瓷硬度；且添加不同比例的PVB溶液的氧化铅陶瓷均高于纯氧化铅陶瓷，当添加4wt％的PVB溶液时，烧结的陶瓷硬度是普通纯氧化铅陶瓷的2倍多，已达到较高的水平。
从表2可以看出，适量添加PVB溶液粘结粉末可以明显提高陶瓷强度，当添加4wt％的PVB溶液时三点弯曲强度达到最大，几乎达到普通纯氧化铅陶瓷的6倍。PVB溶液可以促进粉末颗粒变型，在压制过程中降低单位压力提高胚体强度。同时PVB的高分子链状结构将陶瓷粉末颗粒紧密连接在一起也有助于提高强度。
从表3可以看出，随PVB溶液的添加量加大，氧化铅陶瓷的致密度先增后减，当PVB添加量为4％时致密度最高为90.16％，说明由于制备方法中恰当的排胶方法和烧结温度，陶瓷致密化效果良好，内部气孔空隙较少。
PVB是一种有机高分子链状结构，高分子聚合物会在陶瓷颗粒间架桥使不同陶瓷颗粒之间“交联”起来形成不规则的网状结构。网状结构将陶瓷颗粒紧紧包裹，阻止陶瓷颗粒受力后产生位移，对胚体产生增强作用。加入PVB后，粉末颗粒团聚起来，粉末粒子距离较近使得扩散更为容易，致密化也更为容易。因此添加PVB溶液后，氧化铅陶瓷的致密度明显优于未添加PVB溶液。但假如PVB添加的量过多，一方面，包裹在陶瓷颗粒外层的PVB厚度增大，颗粒间的距离加大，胚体密度下降，烧结时陶瓷致密化更加困难。另一方面，假如添加过量的PVB溶液，在排胶过程中PVB会裂解产生各种气体，由于PVB裂解产生的气体过多，气体排出陶瓷样品的速度要低于晶粒生长的速度(晶粒生长会使得排气空隙进一步缩小)，陶瓷内部形成了气孔。因此PVB溶液的添加量控制在6wt％以内。
表1氧化铅陶瓷维氏硬度数据对比
Figure BDA0002905213460000081
表2氧化铅陶瓷三点弯曲强度数据对比
Figure BDA0002905213460000082
表3氧化铅陶瓷相对密度数据对比
Figure BDA0002905213460000083
Figure BDA0002905213460000091
将实施例4得到的氧化铅陶瓷进行冲刷实验和力学性能测试。
实验前，将氧化铅陶瓷颗粒放入电动滚筒，打磨掉氧化铅在烧结过程表面上形成的釉质层。打磨后的氧化铅颗粒与Al2O3陶瓷球一起放入质量交换器中，打开电机对氧化铅进行冲刷试验。实验进行时，控制电机转速，调节流经质量交换器的铅铋合金流量。质量交换器外部的铅铋合金在压差作用下经滤网流过放置在反应容器中的氧化铅颗粒，之后铅铋合金从泄流孔流出。
氧化铅颗粒在铅铋合金(温度450℃)分别冲刷100h、200h取出。图7中a和b分别为制备的氧化铅陶瓷颗粒与冲刷后取出的氧化铅陶瓷颗粒。冲刷200h后氧化铅颗粒仍然保持形状完整，并未出现破碎。证明烧结的氧化铅颗粒小球性能良好，能用于固态氧控。进一步的，将本申请的得到的氧化铅陶瓷分别进行打磨，冲刷100h和冲刷200h实验，对处理后的氧化铅陶瓷表面进行观察，由图8中a、b和c，氧化铅陶瓷表面不出现碎裂和裂纹。氧化铅颗粒打磨后，表面变得粗糙凹凸不平，表面可以看出有孔洞，但孔洞数量不多，且分布均匀，氧化铅内部晶体形状呈片层状，晶粒之间存在孔洞，晶体较大。冲刷100h后，氧化铅表面结构变得疏松，气孔数量增加，可以看到由于冲刷作用，氧化铅颗粒表面会有氧化铅被冲刷掉，因此表面凹凸不平。冲刷时间增加到200h，氧化铅表面粗糙度进一步上升。而应用比利时国家核能研究中心(SCK.CEN)的MEXICO回路上的氧化铅陶瓷在冲刷后，表面出现碎裂裂纹，结果示于图10。
采用电子万能材料试验机(长春科新公司仪器所产)对氧化铅陶瓷颗粒进行压缩实验，测定氧化铅陶瓷颗粒在轴向静压力作用下的力学性能，测试结果如图9所示。一共测试三组样品，分别是未冲刷的氧化铅陶瓷、冲刷100h后的氧化铅陶瓷、冲刷200h后的氧化铅陶瓷。可以看出氧化铅陶瓷未冲刷时，最大能承受的压力是226.25N，此时形变为0.158mm。冲刷100h后的氧化铅陶瓷能承受的压力为240N，此时形变位移为0.083mm；冲刷200h后，氧化铅抗压性能为192.75N,此时形变位移为0.055mm。

Claims (10)

1.一种用于固态氧控的聚乙烯醇缩丁醛溶液粘结氧化铅陶瓷，其特征在于，包括PbO和聚乙烯醇缩丁醛溶液；以PbO计，添加大于0且小于等于6wt％的聚乙烯醇缩丁醛溶液；
所述氧化铅陶瓷的制备方法为：
1)将聚乙烯醇缩丁醛溶液和PbO充分混合、研磨均匀，得到混合物；
2)步骤1)中所得混合物经预压制得到坯体后，重新粉碎，研磨均匀后过筛，得到混合粉末；
3)将混合粉末置于金属模具中加压、保压与泄压后得到陶瓷压坯；
4)将陶瓷压坯进行排胶；
5)将步骤4)中所得的压坯进行烧结，冷却后得到所述氧化铅陶瓷。
2.根据权利要求1所述氧化铅陶瓷，其特征在于，所述的聚乙烯醇缩丁醛溶液中，聚乙烯醇缩丁醛粉末的百分含量为4wt％。
3.根据权利要求2所述氧化铅陶瓷，其特征在于，所述的聚乙烯醇缩丁醛溶液具体配置方法为聚乙烯醇缩丁醛粉末4wt％和无水乙醇96wt％。
4.根据权利要求3所述氧化铅陶瓷，其特征在于，PbO、聚乙烯醇缩丁醛粉末和无水乙醇的纯度大于99wt％。
5.根据权利要求1所述氧化铅陶瓷，其特征在于，所述步骤2)预压制的压力为8～10MPa，预压制时间为2～4min。
6.根据权利要求1所述氧化铅陶瓷，其特征在于，所述步骤3)中金属模具压制成型采取0.1～0.3MPa/s的加压速率加压至8～45MPa，保压3～10min，然后以0.1～0.3MPa/s的泄压速率泄压。
7.根据权利要求1所述氧化铅陶瓷，其特征在于，所述步骤4)排胶参数为：以53℃/min的加热速率，将炉温升至250℃，保温60min；再以53℃/min的加热速率将炉温升至350℃，保温60min；然后以53℃/min的加热速率将炉温升至500℃，保温60min，最后自然冷却到室温；
或，以53℃/min的加热速率升温至150℃，保温40min；以53℃/min的加热速率升温至250℃，保温40min；以53℃/min的加热速率将炉温升至350℃，保温40min；以53℃/min的加热速率将炉温升至500℃，保温60min后自然冷却到室温。
8.根据权利要求1所述氧化铅陶瓷，其特征在于，所述步骤5)烧结过程采用包埋方式，烧结温度为600℃～620℃，保温30～120min。
9.根据权利要求1所述氧化铅陶瓷，其特征在于，所述步骤5)烧结过程使用常规马弗炉或微波加热炉。
10.根据权利要求1所述氧化铅陶瓷，其特征在于，所述步骤5)冷却为随炉冷却或降温冷却，降温冷却速率为45～60℃/min。
CN202110069337.8A 2021-01-19 2021-01-19 一种用于固态氧控的聚乙烯醇缩丁醛溶液粘结氧化铅陶瓷及其制备方法 Active CN112897988B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110069337.8A CN112897988B (zh) 2021-01-19 2021-01-19 一种用于固态氧控的聚乙烯醇缩丁醛溶液粘结氧化铅陶瓷及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110069337.8A CN112897988B (zh) 2021-01-19 2021-01-19 一种用于固态氧控的聚乙烯醇缩丁醛溶液粘结氧化铅陶瓷及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112897988A true CN112897988A (zh) 2021-06-04
CN112897988B CN112897988B (zh) 2022-11-04

Family

ID=76115722

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110069337.8A Active CN112897988B (zh) 2021-01-19 2021-01-19 一种用于固态氧控的聚乙烯醇缩丁醛溶液粘结氧化铅陶瓷及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112897988B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113603472A (zh) * 2021-08-17 2021-11-05 杭州电子科技大学 一种基于LTCC技术的NiCuZn铁氧体制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3266932A (en) * 1963-08-06 1966-08-16 Gen Electric Lead monoxide plate for X-ray electro-photography and method of preparing same
CN103232234A (zh) * 2013-04-28 2013-08-07 西南交通大学 一种高致密低电阻ito靶材的微波掺杂烧结方法
CN104016663A (zh) * 2014-05-27 2014-09-03 华北电力大学 一种氧化铅陶瓷芯块的微波烧结方法
US20170129817A1 (en) * 2014-04-22 2017-05-11 Eurotab Compact metal oxide block and related manufacturing method
CN108516802A (zh) * 2018-05-23 2018-09-11 华北电力大学 一种三氧化二铋增韧的氧化铅陶瓷及其制备方法
CN108675770A (zh) * 2018-06-12 2018-10-19 佛山市华强协兴陶瓷有限公司 一种金属铅增韧的氧化铅陶瓷及其制备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3266932A (en) * 1963-08-06 1966-08-16 Gen Electric Lead monoxide plate for X-ray electro-photography and method of preparing same
CN103232234A (zh) * 2013-04-28 2013-08-07 西南交通大学 一种高致密低电阻ito靶材的微波掺杂烧结方法
US20170129817A1 (en) * 2014-04-22 2017-05-11 Eurotab Compact metal oxide block and related manufacturing method
CN104016663A (zh) * 2014-05-27 2014-09-03 华北电力大学 一种氧化铅陶瓷芯块的微波烧结方法
CN108516802A (zh) * 2018-05-23 2018-09-11 华北电力大学 一种三氧化二铋增韧的氧化铅陶瓷及其制备方法
CN108675770A (zh) * 2018-06-12 2018-10-19 佛山市华强协兴陶瓷有限公司 一种金属铅增韧的氧化铅陶瓷及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘维良: "《先进陶瓷工艺学》", 31 August 2004, 武汉理工大学出版社 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113603472A (zh) * 2021-08-17 2021-11-05 杭州电子科技大学 一种基于LTCC技术的NiCuZn铁氧体制备方法
CN113603472B (zh) * 2021-08-17 2023-02-28 杭州电子科技大学 一种基于LTCC技术的NiCuZn铁氧体制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN112897988B (zh) 2022-11-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20220270768A1 (en) High density u02 and high thermal conductivity uo2 composites by spark plasma sintering (sps)
CN108335760B (zh) 一种高铀装载量弥散燃料芯块的制备方法
US20220325380A1 (en) Tungsten-base alloy material and preparation method therefor
CN111205067B (zh) 一种中子及γ射线协同防护的玻璃-陶瓷材料及其制备方法
CN101121972A (zh) 一种Mo-Cu复合材料的制备方法
CN109680227B (zh) 一种碳纤维增强的铝基碳化硼中子屏蔽材料的制备方法
CN112813397B (zh) 一种钼钠合金板状靶材的制备方法
CN110846538B (zh) 一种Ti2AlC增强铝基复合材料及其制备方法
CN106756281B (zh) 一种高稀土含量的中子吸收材料及其制备方法
CN107900352A (zh) 一种层状高铌钛铝合金复合材料板及其制备方法
CN108251695A (zh) 一种钛铝铌锆钼合金的制备方法
CN112897988B (zh) 一种用于固态氧控的聚乙烯醇缩丁醛溶液粘结氧化铅陶瓷及其制备方法
CN114752838A (zh) 铜基氧化物弥散强化的Cu-Y2O3复合材料制备方法
CN113430439B (zh) 一种高强韧活性钨合金的相分布均匀性控制方法
CN112456987B (zh) 仿生叠层石墨烯复合陶瓷刀具及其制备方法
CN103602868B (zh) 一种高密度细晶粒W-TiC合金材料的制备方法
CN111807832A (zh) 一种铟锡氧化物磨球的制备方法
LU502245B1 (en) A Lead Oxide Ceramic Bonded by Polyvinyl Butyral Solution for Solid-Phase Oxygen Control
CN112143925A (zh) 一种高强度高塑性钛镁复合材料的制备方法
CN116396076A (zh) 一种导电铌酸锂靶材的制备方法
CN113683422B (zh) 一种大晶粒uo2陶瓷燃料及其制备方法和应用
CN113444949A (zh) 一种高密度W-Ta-Nb系难熔固溶体合金及其制备方法
CN108907204B (zh) 一种Al2O3-Cr高温结构陶瓷热电偶保护套管的制备工艺
CN102154568A (zh) 一种Mo-W-Cu合金的制备方法
CN108516802A (zh) 一种三氧化二铋增韧的氧化铅陶瓷及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Niu Fenglei

Inventor after: Wang Yifeng

Inventor after: Xu Yuheng

Inventor after: Li Xiaobo

Inventor after: Liang Ruixian

Inventor after: Zhu Huiping

Inventor after: Liu Fang

Inventor after: Liu Yang

Inventor before: Niu Fenglei

Inventor before: Wang Yifeng

Inventor before: Xu Yuheng

Inventor before: Li Xiaobo

Inventor before: Liang Ruixian

Inventor before: Zhu Huiping

Inventor before: Liu Fang

CB03 Change of inventor or designer information
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant