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核燃料循环+废物处理

2.2.3 高温难熔金属包壳材料
      金属钼(Mo)的熔点高达 2 623 ℃,具有良好的力学及热物理等综合性能,极

好的高温强度,良好的抗疲劳和抗冲击性能,且钼还具有良好的抗氧化和抗热腐蚀
性能,钼的热导率高、热膨胀系数低,在高温下具有良好的组织稳定性和使用可靠性。

      虽然钼合金有上述优点,但是钼合金也存在一些不足之处:
      1) 95Mo 热中子吸收截面相对较高;
      2) 钼在大于 500 ℃时易于与氧或水蒸气发生氧化,耐高温氧化性能不足;
      3) 钼合金易脆,加工难度大。
      针对钼合金耐高温氧化性能的不足,EPRI 提出了基于钼合金的多层结构及钼
合金表面涂层的解决方案,中间层为母合金,内外有涂层,以增强抗高温氧化性能。
      从目前研究看,要将钼合金用于 ATF,仍然需要解决很多技术问题,包括钼合
金的的薄管加工问题。

2.2.4 MAX 相新型包壳
      MAX 相材料以其具有与陶瓷类似的耐高温、抗氧化、耐腐蚀、高熔点,高强度

等优良性能,又具有与金属材料相似的高导电、高热导、易加工、良好的塑性等优
点,而且近期的研究表明 MAX 相还具备良好的耐辐照损伤性能。所以近年来 MAX
相材料得到了核工业界的广泛重视。在第 4 代快堆、超临界水堆,第 5 代聚变—裂
变混合堆结构材料研发的大背景下,许多研究机构对 MAX 相材料的加工成型工
艺、材料的堆外性能、耐辐照性能(以离子辐照方式开展)进行了初步研究,取得了
一些积极的成果。

      在 MAX 相结构体中,Ti3SiC2是研究最多的、性能已知的典型材料,Ti3SiC2不仅
在高温状态下仍保持高强度等优良性能,又具有金属材料的导电、导热、易加工、良
好的塑性,而且与 SiCf/SiC 相比,具有制造成本低,可连接性好(MAX 相三元陶瓷材
料可以利用其 A 位原子相对高的扩散系数,通过温度场或者电场的驱动,实现无焊
料情况下自身的连接),加之低活化特性以及可能的高抗辐照特性,使其有望成为
新一代压水堆 ATF 包壳候选材料。

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