[发明专利]一种纳米钛酸镝粉体的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用作中子吸收材料的纳米钛酸镝粉体的制备方法，属于中子吸收材料技术领域。

背景技术

核辐射屏蔽材料的主要作用是吸收或减弱中子和γ射线。在核反应堆中，经过压力壳和密封仓后的中子大部分已被慢化为热中子或超热中子，此类中子需要热中子吸收截面较大的材料进行有效吸收而不至于溢出。

B10同位素具有很大的热中子吸收截面，所以在核工业中碳化硼和硼钢被用于控制棒中和作为屏蔽材料。但是，由于在辐射时B¹⁰发生的(n,α)反应，使得这些材料在辐照后出现“膨胀”，形成核泡。对于碳化硼陶瓷，辐照“膨胀”会导致包层的失效。因此，吸收材料的使用寿命，在很大程度上决定于材料的辐射稳定性，而不是中子吸收效率的下降。鉴于以上，希望利用能发生(n,α)反应而吸收热中子的镝、铕、钐、钆、铪基等陶瓷材料替代硼材料。陶瓷吸收材料的辐照实验表明萤石型镧系氧化物基陶瓷呈现出最好的抗辐射损伤性。在这些材料中，钛酸镝曾被用在俄罗斯的水-水动力反应堆中15年[参见：Amit Sinha and Beant Prakash Sharma.Development of Dysprosium Titanate Based Ceramics，J.Am.Ceram.Soc.,88[4]1064–1066(2005)]。钛酸镝陶瓷作为中子吸收材料除了高的中子吸收效率外，没有很大的肿胀、在中子辐射下不放气、高熔点(~1870°C)和在1000℃以上不与覆层作用等，可以以球丸或颗粒状用作控制棒。

V.D.Risovany等以Dy₂O₃、TiO₂为原料，掺加适量金属钼，高温煅烧合成了钛酸镝粉体，参见V.D.Risovany,E.E.Varlashova,D.N.Suslov.Dysprosium titanate as an absorber material for control rods.Journal ofNuclear Materials,281(2000)84-89；Amit Sinha等人也以Dy₂O₃、TiO₂为原料，通过添加适量的氧化钼作为稳定剂，在1600℃下煅烧4小时得到钛酸镝粉体，平均粒度在5μm以上，参见Amit Sinha and Beant Prakash Sharma.Development of Dysprosium Titanate Based Ceramics，J.Am.Ceram.Soc.,88[4]1064–1066(2005)。采用固相法反应法可以合成钛酸镝粉体，但是相对于化学方法，合成粉体的粒径大，容易掺入杂质。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种制备高纯度、颗粒均匀的纳米钛酸镝粉体的方法。

本发明的技术方案如下：

一种纳米钛酸镝粉体的制备方法，步骤如下：

（1）将钛酸丁酯在搅拌下加入到无水乙醇中，钛酸丁酯与无水乙醇的体积比为0.5~3：1，得钛酸丁酯醇溶液；

（2）将无水乙醇加入到去离子水中搅拌均匀，无水乙醇与去离子水体积比3：（1～2），得醇水溶液，加入盐酸调节pH在0~3；加入冰醋酸和硝酸镝，搅拌使其完全溶解，制成硝酸镝含量为40－65wt%的混合溶液；冰醋酸的加量为硝酸镝重量的3－13wt%；

（3）按摩尔比Dy:Ti＝1~2：1，将步骤（2）的含硝酸镝的混合溶液滴加到步骤（1）的钛酸丁酯醇溶液中，充分搅拌，得混合溶胶；

（4）将步骤（3）制得的混合溶胶在室温下陈化20～30h，得到凝胶；然后将凝胶在50～80℃下干燥，粉碎，过100～200目筛，得到钛酸镝前驱体干凝胶粉体；

（5）将钛酸镝前驱体干凝胶装入氧化铝坩埚中，在800～1100℃的温度下煅烧，保温0.5~2h，得到纳米钛酸镝粉料。

优选的，所述步骤（1）的钛酸丁酯与无水乙醇的体积比为1~2.5：1；

所述步骤（2）中，优选无水乙醇与去离子水体积比3：（1～1.5），pH＝0~2，摩尔比Dy:Ti为1~1.2：1；严格控制镝与钛的计量比能很好地提高产品纯度。

优选的，所述步骤（5）的煅烧温度在850~1000℃，保温1~2h。

本发明中的原料均可市场购得，其中硝酸镝可以直接购买市售产品，也可以按现有技术通过氧化镝与硝酸反应、干燥制得到硝酸镝粉料。