[发明专利]一种含烧绿石的玻璃陶瓷复合材料制备方法

说明书

本发明涉及一种含烧绿石的玻璃陶瓷复合材料制备方法，具体涉及一种前驱体粉末预制+烧结反应制备含Ln₂Ti₂O₇烧绿石硼硅酸盐玻璃陶瓷复合材料的方法。该方法首先以溶胶‑凝胶(sol‑gel)法制备高纯纳米Ln₂Ti₂O₇前驱体粉末，然后与熔融水淬后的玻璃原料按设计比例混合均匀，压制成块状坯料后，在1100～1200℃下保温1～12h可制得不同质量比的含Ln₂Ti₂O₇烧绿石硼硅酸盐玻璃陶瓷复合材料。本发明制备的样品具有相纯度高、烧绿石相与玻璃基材相容性好、两相比例可调等优点。

技术领域

一种含烧绿石的玻璃陶瓷复合材料制备方法，具体涉及一种前驱体粉末预制+烧结反应制备含Ln₂Ti₂O₇烧绿石的硼硅酸盐玻璃陶瓷复合材料的方法。

背景技术

随着反应堆燃耗的提升、换料周期的延长以及使用MOX(Mixed Oxide Fuel)燃料等，在铀钚共去污的乏燃料后处理流程中，产生的高放废液(High-Level Liquid Waste，HLLW)辐照强度和α放射性水平正在不断增强。据统计，每吨乏燃料所生成的HLLW虽仅占废物总体积的3％，却包含了乏燃料中95％以上的放射性。因此，HLLW的长期安全处理处置已成为世界各国废物治理的重点和难点，同时也是制约世界核电产业发展的关键因素之一。

近年来，HLLW的玻璃固化因对锕系核素的包容量低(≤0.4wt.％)、长期稳定性差(易分相和产生水溶性黄相)等问题，限制了HLLW玻璃固化的发展；HLLW的陶瓷固化具有比玻璃更强的耐α辐照、抗浸出能力和热稳定性，可实现较大的锕系核素包容量并有效避免玻璃固化产生的分相和黄相问题。但陶瓷的生产工艺复杂，合成条件苛刻(高温高压)，工艺操作不连续，从而限制了HLLW陶瓷固化的工程推广。

玻璃陶瓷是经过熔融、成型及热处理而制成的一类陶瓷与玻璃相结合的复相材料。放射性核素在玻璃陶瓷固化体中或以“类质同象”取代被固定在析晶陶瓷相中，或弥散分布于惰性玻璃基体内。与玻璃固化相比，玻璃陶瓷具有更高的机械强度、更好的耐热和化学稳定性。与陶瓷固化相比，玻璃陶瓷的制备工艺简单，可在较低温度下形成陶瓷相。此外，锕系核素将获得玻璃和陶瓷的双重保障而更有效地与生物圈隔离。因此，玻璃陶瓷已成为固化HLLW新的候选基材。

目前，针对HLLW的玻璃-陶瓷固化基材已开发了诸多候选材料。其中，钙钛锆石CaZrTi₂O₇-玻璃陶瓷对锕系核素的包容量少制约了其进一步应用；Ca_4-xRE_6+x(PO₄)₆O₂-玻璃陶瓷中陶瓷相在较低的α辐照下易发生蜕晶质化；独居石LnPO₄-玻璃陶瓷中LnPO₄的热导率低势必会促进陶瓷相裂纹生成、加速锕系核素浸出。因此，现有玻璃陶瓷固化体中的陶瓷相主要存在着辐照、化学以及热稳定性较差，对锕系核素固溶度低等不足。