[发明专利]一种三氧化二铋增韧的氧化铅陶瓷及其制备方法

说明书

本发明公开了属于金属陶瓷技术领域的一种三氧化二铋增韧的氧化铅陶瓷及其制备方法。该陶瓷包括大于0且小于等于7％的Bi₂O₃和余量的PbO和/或Pb₃O₄，制备中以去离子水为粘结剂，经压制、烧结、冷却得到高硬度、三点弯曲强度和致密度的三氧化二铋增韧的氧化铅陶瓷，在第四代反应堆铅铋合金固态氧控系统中能更加稳定地调节氧浓度。

技术领域

本发明属于金属陶瓷技术领域，特别涉及一种三氧化二铋增韧的氧化铅陶瓷及其制备方法。

背景技术

核能的发展具有广阔的前景，现今，第四代反应堆中的铅冷快堆(LFR)有望成为首个实现工程示范及商业应用的第四代先进核能系统。而且，与第四代反应堆技术同步发展的加速器驱动次临界系统(ADS)铅基冷却反应堆技术的开发也可借鉴LFR的研究成果。铅铋合金(Pb：44.5wt％、Bi：55.5wt％)由于其独特的物理性质和化学性质而成为ADS散裂靶材料及次临界反应堆冷却剂的首选材料，也是先进快中子堆冷却剂的重要候选材料。

然而铅铋合金对金属管道具有较强的腐蚀性，需要通过控制氧含量保护管道表面，氧化铅陶瓷颗粒通过在液态铅铋合金中的溶解析出来实现固态氧控；目前有关用于固态氧控系统中氧化铅陶瓷颗粒的研究甚少，目前用于固态氧控的氧化铅陶瓷和铅增韧的氧化铅陶瓷均存在不同程度的耐磨性差、易破损碎裂，较难满足高温液态金属冲刷要求的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三氧化二铋增韧的氧化铅陶瓷及其制备方法，具体技术方案如下：

一种三氧化二铋增韧的氧化铅陶瓷，以质量百分数计，所述三氧化二铋增韧的氧化铅陶瓷包括大于0且小于等于7％的Bi₂O₃和余量的铅粉。

所述铅粉为PbO和/或Pb₃O₄。

所述Bi₂O₃、PbO、Pb₃O₄的纯度大于99％。

一种所述三氧化二铋增韧的氧化铅陶瓷的制备方法包括以下步骤：

(1)混合Bi₂O₃、铅粉，并添加0～5wt％的去离子水作为粘结剂，充分混合、研磨均匀；

(2)将步骤(1)得到的混合粉末预压制成粉末坯体，然后研磨成粉末添加0～5wt％的去离子水作为粘结剂，研磨均匀；

(3)将步骤(2)得到的混合粉末置于金属模具中压制成陶瓷压坯；

(4)将步骤(3)得到的陶瓷压坯升温烧结，冷却后得到三氧化二铋增韧的氧化铅陶瓷。

所述步骤(1)、步骤(2)以去离子水为陶瓷粘结剂，可以保证不掺加其他杂质的同时，使坯体易于成型。

所述步骤(2)中预压制的压力为7～35MPa，压制时间为2～10min。

所述步骤(3)中金属模具压制成型参数为：以0.1～0.5MPa/s的加压速率加压至4～40MPa，保压3～10min，然后以0.1MPa/s的降压速率泄压；以保证对混合粉末均匀加压，使用较低的泄压速度能够防止坯体泄压过快产生裂纹。

所述步骤(4)升温烧结温度为580～620℃，保温60～120min。

所述步骤(4)烧结炉使用马弗炉或微波加热炉。

所述步骤(4)冷却为降温冷却或随炉冷却，降温冷却的降温速度为45～60℃/min。