中國粉體網(wǎng)訊 自從1942年第一座核反應(yīng)堆在美國建立，核工業(yè)已經(jīng)發(fā)展了將近70年。其間核工業(yè)的發(fā)展重心從核武器轉(zhuǎn)移到了核能應(yīng)用上，目前各國又開始共同研究聚變核反應(yīng)堆。在這期間應(yīng)用于核工業(yè)中的材料也在不斷發(fā)展，而陶瓷材料以其優(yōu)異的性能被廣泛的應(yīng)用于核反應(yīng)堆原料、組件以及核廢料處理等各個方面。
為了更好的了解核反應(yīng)堆陶瓷材料的一些前沿?zé)狳c問題，中國粉體網(wǎng)編輯專訪了中科院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所的周有福教授。
周有福教授：中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所 (海西研究院)研究員、課題組長、博士生導(dǎo)師，同時擔(dān)任中國硅酸鹽學(xué)會特種陶瓷分會理事，福建省“百人計劃”等人才項目評審專家。主要致力于納米粉體工程和先進陶瓷材料研發(fā)，特別是納米功能粉體、核能系統(tǒng)陶瓷材料以及光電透明陶瓷。在高性能結(jié)構(gòu)陶瓷、高性能功能陶瓷和無機納米材料等方面取得了重要研究成果。
直接氮化法合成高質(zhì)量的AlON陶瓷粉體
核反應(yīng)堆陶瓷材料AlON透明陶瓷綜合性能優(yōu)異，被美國列為21世紀(jì)國防重點發(fā)展材料，核反應(yīng)堆高溫窗口、透明裝甲等優(yōu)選材料。AlON透明陶瓷具有可見—中紅外波段透過率高、機械強度優(yōu)異、抗熱震性好等優(yōu)點，是高溫窗口、紅外整流罩的優(yōu)選材料。與單晶材料（如藍寶石）相比，AlON透明陶瓷生產(chǎn)成本較低、易制備大尺寸異形器件，高質(zhì)量AlON透明陶瓷的制備顯得日益重要。
周有福教授課題組采用國產(chǎn)原料，優(yōu)化直接氮化法，較低成本合成了高純度高燒結(jié)活性AlON超細粉體，經(jīng)球磨、成型、無壓燒結(jié)等工序燒制的AlON陶瓷圓片（直徑53mm），在400nm和1100nm處的直線透過率分別達77.1％和80.6%。該成果為研制更大尺寸復(fù)雜形狀A(yù)lON透明陶瓷光學(xué)部件，實現(xiàn)AlON透明陶瓷實用化及工程化提供了工作基礎(chǔ)。
“傳統(tǒng)的方法是氧化鋁或氮化鋁反應(yīng)，還有一個是碳還原法，氧化鋁跟碳在高溫下把氮氣還原到氧化鋁中，而碳有可能會存在潛在殘留，所以最后還要進行高溫除氣。碳是黑色的會影響透光性，而直接氮化法就避免了這個問題�！敝芙淌诮榻B到。當(dāng)然，在使用直接氮化法合成陶瓷粉體時也遇到過難題，在問及制備技術(shù)難點時，周有福教授說：“直接氮化法需要控制好反應(yīng)條件，要控制好AlON的比例，一旦比例不對，陶瓷透明度就會受到影響�！边@一方法申請了中國發(fā)明專利。
SiC陶瓷的增韌技術(shù)
SiC陶瓷具有中子特性好、耐腐蝕、高溫強度好等性能優(yōu)點，但由于其分子結(jié)構(gòu)的鍵合特點，缺乏塑性變形能力，表現(xiàn)為脆性，嚴(yán)重地影響了其作為結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用潛力。為此，陶瓷強化增韌便成了近年來陶瓷材料研究的核心問題。
中科院物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所針對新一代核能系統(tǒng)亟需關(guān)鍵技術(shù)，開展了SiC基、ZrO2基材料增強增韌、堆芯構(gòu)件精密制造等研發(fā)，在問及有關(guān)于這一增強增韌技術(shù)的進展時，周有福教授介紹說增韌技術(shù)基本就是通過微晶增韌、釘扎增韌、納米效應(yīng)這三種方法來提高韌性。
“性能不是問題，問題在成本”
陶瓷材料在核工業(yè)上的應(yīng)用比較廣泛，范圍跨度大。核工業(yè)的發(fā)展中心也從核武器轉(zhuǎn)移到了核能應(yīng)用上來，核反應(yīng)堆陶瓷材料的應(yīng)用領(lǐng)域不應(yīng)僅是在軍事上，也應(yīng)該轉(zhuǎn)移到民用來。在問到關(guān)于核反應(yīng)堆陶瓷材料“軍民轉(zhuǎn)移，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化”的問題時，周有福教授坦言到：“成本是問題。”
“其實核反應(yīng)堆已經(jīng)是民用的了，例如核電、核能等。要實現(xiàn)軍民轉(zhuǎn)移，性能不是問題，問題在于成本。軍用的性能指標(biāo)要求高，而到了民用反而可以相對降低一點。所以實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵在成本方面。”
小結(jié)
周有福教授在和記者談到未來核反應(yīng)堆陶瓷材料的發(fā)展時，他提到：“SiC基復(fù)合材料由于在中子特性、耐高溫方面表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，對更長遠的可持續(xù)發(fā)展來說它會是未來發(fā)展的一個重要方向�！焙朔磻�(yīng)堆陶瓷材料其實已經(jīng)應(yīng)用于當(dāng)下的軍事和工業(yè)中，技術(shù)和工藝也在逐漸成熟，而隨著陶瓷材料的進一步發(fā)展( 比如陶瓷基復(fù)合材料的發(fā)展)，材料性能中的一些薄弱環(huán)節(jié)像韌性差、難加工等方面也得到了改善，但陶瓷材料仍然還有許多問題需要解決，性能需要進一步提高。
