[发明专利]一种基于熔盐法的高锂含量氚增殖陶瓷小球制备方法

说明书

本发明公开了一种基于熔盐法的高锂含量氚增殖陶瓷小球制备方法，首先采用混合溶剂热法制备出粒径均一的前驱体粉体，再配制一定浓度的锂盐溶液，随后球磨得到浆料，并采用湿法成型获得球形陶瓷素坯，最终烧结制备正硅酸锂陶瓷小球。烧结过程中锂熔盐分解形成氧化锂，并最终固溶于正硅酸锂晶格中，不仅不会引入杂质(相比常规的熔盐法，免除了洗去熔盐的工序)，而且可达到提高锂原子密度的目的。本发明解决了现有技术中存在的氚增殖陶瓷制备方法难以在较低温度下获得致密度及强度的问题。

技术领域

本发明属于氚增殖材料技术领域，具体涉及一种基于熔盐法的高锂含量氚增殖陶瓷小球制备方法。

背景技术

作为聚变堆包层中的关键功能材料，氚增殖剂能够与中子反应生成氚，实现聚变堆燃料“自持”。锂基陶瓷具有化学稳定性好、可在更高的温度下使用、氚提取容易和实际操作性强等优点，因此从聚变堆的安全角度考虑，锂陶瓷氚增殖剂相比液态氚增殖剂(存在磁流体动力学效应、腐蚀性)更具吸引力。其中，正硅酸锂陶瓷因其锂密度高、释氚性能优异以及中子活化率低等优点，成为固态氚增殖剂的首选材料之一。

虽然，国内外对锂陶瓷小球的制备及性能进行了大量的研究工作，但由于锂陶瓷微观结构对烧结温度变化异常敏感，使得正硅酸锂陶瓷致密化与晶粒长大之间的矛盾难以得到解决。提高烧结温度往往造成陶瓷晶粒尺寸偏大，使得氚生成后从晶粒到晶界扩散距离偏长，氚释放速率降低；且高温烧结下锂易升华，导致材料结构稳定性降低，无法实现正常的氚增殖。但降低烧结温度，又会损害陶瓷烧结致密度，进而导致强度降低。因此，开发致密度、强度满足需求的锂陶瓷低温烧结技术具有重要的科学意义及实用价值。

此外，为实现氚自持及聚变堆稳态运行，要求氚增殖剂有较高的氚增殖比(Tritium breeding ratio,TBR1)，而氚增殖比取决于氚增殖剂的锂原子密度(锂原子密度越大，氚增殖比越大)。尽管正硅酸锂相比其他三元锂陶瓷具有较高的锂含量(23.33wt.％)，但高锂原子密度陶瓷的开发仍然是固态氚增殖剂的重要发展方向。通过添加过量的Li元素或氧化锂(46.67wt.％)是提高氚增殖剂锂原子密度、弥补材料工况环境使用中锂流失的有效途径。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于熔盐法的高锂含量氚增殖陶瓷小球制备方法，解决了现有技术中存在的氚增殖陶瓷制备方法难以在较低温度下获得致密度及强度的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种基于熔盐法的高锂含量氚增殖陶瓷小球制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、采用混合溶剂热法制备粒径均一的前驱体粉体；

步骤2、制备陶瓷小球素坯；

步骤3、制备锂陶瓷小球。

本发明的特点还在于，

步骤1具体如下：

步骤1.1、将氢氧化锂加入到去离子水中，搅拌得到氢氧化锂溶液；

步骤1.2、按锂/硅摩尔比4:1称量气相二氧化硅，加入到与去离子水等体积的乙醇中，搅拌得到气相二氧化硅的悬浮液；

步骤1.3、将步骤1.2得到的气相二氧化硅的悬浮液加入到步骤1.1得到的氢氧化锂溶液中，搅拌获得锂离子浓度为0.5～1.5mol/L的混合液，将所得混合液转入反应釜中，在160～200℃反应至少12h，待反应结束后，将水热反应产物进行干燥，再将干燥所得物质研磨即得到前驱体粉体。

步骤1.3中对所得水热反应产物进行干燥的方式为将水热反应产物温度控制为70～80℃保温不少于12h。

步骤2具体如下：

步骤2.1、将等摩尔比的氯化锂与硝酸锂加入到去离子水中，得到浓度为5wt.％～20wt.％的锂盐溶液；