乏燃料贮存用B 4 C/CF/PI/AA6061超混杂复合层板的制备及性能研究
发布时间：2024-03-25 20:19
核能作为清洁能源可有效减少碳排放,缓解温室效应,对促进能源的绿色及可持续性发展具有重要的意义。然而,核能产生具有高度放射性的乏燃料,放射出α射线、β射线、γ射线、质子以及次生γ射线,并伴随着大量的热量及高能中子的溢出,对人身安全及周界环境造成严重威胁。随着核反应堆(轻水堆—快堆—聚变堆)的快速发展,对乏燃料的贮存要求越来越高,因此亟需开发出具有优越耐辐照性能的乏燃料贮存材料,以满足核电工业的发展需求。基于上述研究背景,本文以PMR型聚酰亚胺树脂为基体,设计并采用热模压技术制备了以碳化硼(B4C)—碳纤维(CF)—聚酰亚胺(PI)—AA6061铝合金为体系的超混杂复合层板,系统开展了B4C/CF/PI/AA6061复合层板的热力学及力学性能研究、中子屏蔽性能及其机理分析、辐照损伤试验研究,以探索该材料在乏燃料贮存领域的应用潜能。主要研究内容及相关结论如下:(1)研究了B4C/CF/PI/AA6061超混杂复合层板的制备工艺。探索了AA6061铝合金阳极氧化工艺、碳纤维增强聚酰亚胺预浸料(CFRP)制备工艺及B4<...
【文章页数】：138 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 核电发展及乏燃料后处理现状
1.1.1 核电应用背景
1.1.2 我国核电发展历程及规划
1.1.3 核乏燃料后处理
1.2 乏燃料的裂变、屏蔽及辐照损伤机理
1.2.1 核燃料的裂变
1.2.2 中子屏蔽机理
1.2.3 辐照损伤机理
1.3 乏燃料贮存材料研究进展
1.3.1 含硼不锈钢
1.3.2 B4C/Al复合材料
1.3.3 硼/铝(B/Al)合金
1.3.4 含镉、钆中子吸收材料
1.3.5 聚合物基复合材料
1.3.6 高密度混凝土
1.3.7 重金属
1.3.8 石蜡
1.4 本课题的研究意义、研究内容及技术路线
1.4.1 研究意义
1.4.2 研究内容
1.4.3 技术路线
第二章 B4C/CF/PI/AA6061 超混杂复合层板的制备工艺研究
2.1 试验材料
2.1.1 AA6061 铝合金板
2.1.2 B4C粉体
2.1.3 聚酰亚胺树脂
2.1.4 TR50S碳纤维
2.2 AA6061 铝合金表面处理
2.2.1 试验材料及检测设备
2.2.2 表面处理方法
2.2.3 阳极氧化AA6061 铝合金微观形貌
2.3 CFRP制备方法与工艺
2.3.1 试验设备及检测方法
2.3.2 CFRP制备流程
2.3.3 CFRP制备工艺参数优化
2.3.4 碳纤维与聚酰亚胺树脂界面结合分析
2.4 B4C/PI树脂共混胶液的配制
2.4.1 试验方案及设备
2.4.2 B4C/PI树脂共混胶液制备方法
2.4.3 FTIR红外光谱分析
2.4.4 B4C粉体与PI树脂的界面改性研究
2.5 B4C/CF/PI/AA6061 超混杂复合层板的制备工艺研究
2.5.1 超混杂复合层板的铺层结构设计
2.5.2 超混杂复合层板的制备工艺
2.6 本章小结
第三章 B4C/CF/PI/AA6061 超混杂复合层板的热力学及力学性能研究
3.1 试验内容与测试方法
3.1.1 热性能检测设备与分析方法
3.1.1.1 差热失重分析(TGA/DSC)
3.1.1.2 导热系数测试
3.1.2 超混杂复合层板的力学性能测试
3.1.2.1 拉伸剪切性能测试方法
3.1.2.2 拉伸性能测试方法
3.1.2.3 弯曲性能测试方法
3.1.2.4 层间剪切性能测试方法
3.1.2.5 剥离性能测试方法
3.1.3 复合材料试样加工
3.1.4 超混杂复合层板的微观形貌
3.2 试验结果与讨论
3.2.1 超混杂复合层板的微观形貌
3.2.1.1 不同B4C含量超混杂复合层板的微观形貌
3.2.1.2 不同铺层结构超混杂复合层板的微观形貌
3.2.2 B4C/PI中子屏蔽层/AA6061 铝合金拉伸剪切强度分析
3.2.3 温度对3/2 结构超混杂复合层板力学性能的影响
3.2.3.1 温度对超混杂复合层板拉伸性能的影响
3.2.3.2 温度对超混杂复合层板层间剪切性能的影响
3.2.4 铺层结构对超混杂复合层板力学性能的影响
3.2.4.1 铺层结构对超混杂复合层板拉伸性能的影响
3.2.4.2 铺层结构对超混杂复合层板弯曲性能的影响
3.2.4.3 铺层结构对超混杂复合层板剥离性能的影响
3.2.5 不同B4C含量超混杂复合层板的热性能分析
3.2.5.1 超混杂复合层板的热稳定性
3.3.5.2 超混杂复合层板的导热性
3.3 本章小结
第四章 B4C/CF/PI/AA6061 超混杂复合层板中子屏蔽性能研究
4.1 中子屏蔽试验与MCNP模拟分析
4.1.1 超混杂复合层板中子屏蔽性能
4.1.2 MCNP模型建立与模拟分析
4.2 中子屏蔽试验结果与分析
4.2.1 不同结构超混杂复合层板的中子屏蔽性能
4.2.2 不同B4C含量超混杂复合层板的中子屏蔽性能
4.2.3 中子屏蔽机理分析
4.3 MCNP数值模拟结果与分析
4.3.1 B4C含量对超混杂复合层板中子屏蔽效率的影响
4.3.2 中子透射谱与超混杂复合层板厚度之间的关系
4.3.3 超混杂复合层板次生γ射线能谱
4.4 本章小结
第五章 B4C/CF/PI/AA6061 超混杂复合层板辐照损伤试验研究
5.1 引言
5.2 辐照试验及性能表征
5.2.1 试验材料
5.2.2 辐照试验
5.2.2.1 60Co-γ射线辐照试验
5.2.2.2 氦离子(He+)辐照试验
5.2.3 性能表征
5.2.3.1 微观形貌观察
5.2.3.2 表面粗糙度测试
5.2.3.3 傅里叶变换红外光谱
5.2.3.4 TGA/DSC分析
5.2.3.5 X射线光电子能谱分析(XPS)
5.2.3.6 纳米压痕测试
5.3 试验结果与讨论
5.3.1 60Co-γ辐照损伤效应
5.3.1.1 辐照对超混杂复合层板微观形貌的影响
5.3.1.2 超混杂复合层板的FTIR红外光谱分析
5.3.1.3 辐照对超混杂复合层板热稳定性的影响
5.3.1.4 超混杂复合层板的XPS分析
5.3.2 氦离子(He+)辐照效应
5.3.2.1 氦离子辐照对超混杂复合层板微观形貌的影响
5.3.2.2 氦离子辐照对纳米硬度的影响
5.3.2.3 氦离子辐照损伤机理
5.4 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 研究结论
6.2 创新点
6.3 研究展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文
本文编号：3938821
【文章页数】：138 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 核电发展及乏燃料后处理现状
1.1.1 核电应用背景
1.1.2 我国核电发展历程及规划
1.1.3 核乏燃料后处理
1.2 乏燃料的裂变、屏蔽及辐照损伤机理
1.2.1 核燃料的裂变
1.2.2 中子屏蔽机理
1.2.3 辐照损伤机理
1.3 乏燃料贮存材料研究进展
1.3.1 含硼不锈钢
1.3.2 B4C/Al复合材料
1.3.3 硼/铝(B/Al)合金
1.3.4 含镉、钆中子吸收材料
1.3.5 聚合物基复合材料
1.3.6 高密度混凝土
1.3.7 重金属
1.3.8 石蜡
1.4 本课题的研究意义、研究内容及技术路线
1.4.1 研究意义
1.4.2 研究内容
1.4.3 技术路线
第二章 B4C/CF/PI/AA6061 超混杂复合层板的制备工艺研究
2.1 试验材料
2.1.1 AA6061 铝合金板
2.1.2 B4C粉体
2.1.3 聚酰亚胺树脂
2.1.4 TR50S碳纤维
2.2 AA6061 铝合金表面处理
2.2.1 试验材料及检测设备
2.2.2 表面处理方法
2.2.3 阳极氧化AA6061 铝合金微观形貌
2.3 CFRP制备方法与工艺
2.3.1 试验设备及检测方法
2.3.2 CFRP制备流程
2.3.3 CFRP制备工艺参数优化
2.3.4 碳纤维与聚酰亚胺树脂界面结合分析
2.4 B4C/PI树脂共混胶液的配制
2.4.1 试验方案及设备
2.4.2 B4C/PI树脂共混胶液制备方法
2.4.3 FTIR红外光谱分析
2.4.4 B4C粉体与PI树脂的界面改性研究
2.5 B4C/CF/PI/AA6061 超混杂复合层板的制备工艺研究
2.5.1 超混杂复合层板的铺层结构设计
2.5.2 超混杂复合层板的制备工艺
2.6 本章小结
第三章 B4C/CF/PI/AA6061 超混杂复合层板的热力学及力学性能研究
3.1 试验内容与测试方法
3.1.1 热性能检测设备与分析方法
3.1.1.1 差热失重分析(TGA/DSC)
3.1.1.2 导热系数测试
3.1.2 超混杂复合层板的力学性能测试
3.1.2.1 拉伸剪切性能测试方法
3.1.2.2 拉伸性能测试方法
3.1.2.3 弯曲性能测试方法
3.1.2.4 层间剪切性能测试方法
3.1.2.5 剥离性能测试方法
3.1.3 复合材料试样加工
3.1.4 超混杂复合层板的微观形貌
3.2 试验结果与讨论
3.2.1 超混杂复合层板的微观形貌
3.2.1.1 不同B4C含量超混杂复合层板的微观形貌
3.2.1.2 不同铺层结构超混杂复合层板的微观形貌
3.2.2 B4C/PI中子屏蔽层/AA6061 铝合金拉伸剪切强度分析
3.2.3 温度对3/2 结构超混杂复合层板力学性能的影响
3.2.3.1 温度对超混杂复合层板拉伸性能的影响
3.2.3.2 温度对超混杂复合层板层间剪切性能的影响
3.2.4 铺层结构对超混杂复合层板力学性能的影响
3.2.4.1 铺层结构对超混杂复合层板拉伸性能的影响
3.2.4.2 铺层结构对超混杂复合层板弯曲性能的影响
3.2.4.3 铺层结构对超混杂复合层板剥离性能的影响
3.2.5 不同B4C含量超混杂复合层板的热性能分析
3.2.5.1 超混杂复合层板的热稳定性
3.3.5.2 超混杂复合层板的导热性
3.3 本章小结
第四章 B4C/CF/PI/AA6061 超混杂复合层板中子屏蔽性能研究
4.1 中子屏蔽试验与MCNP模拟分析
4.1.1 超混杂复合层板中子屏蔽性能
4.1.2 MCNP模型建立与模拟分析
4.2 中子屏蔽试验结果与分析
4.2.1 不同结构超混杂复合层板的中子屏蔽性能
4.2.2 不同B4C含量超混杂复合层板的中子屏蔽性能
4.2.3 中子屏蔽机理分析
4.3 MCNP数值模拟结果与分析
4.3.1 B4C含量对超混杂复合层板中子屏蔽效率的影响
4.3.2 中子透射谱与超混杂复合层板厚度之间的关系
4.3.3 超混杂复合层板次生γ射线能谱
4.4 本章小结
第五章 B4C/CF/PI/AA6061 超混杂复合层板辐照损伤试验研究
5.1 引言
5.2 辐照试验及性能表征
5.2.1 试验材料
5.2.2 辐照试验
5.2.2.1 60Co-γ射线辐照试验
5.2.2.2 氦离子(He+)辐照试验
5.2.3 性能表征
5.2.3.1 微观形貌观察
5.2.3.2 表面粗糙度测试
5.2.3.3 傅里叶变换红外光谱
5.2.3.4 TGA/DSC分析
5.2.3.5 X射线光电子能谱分析(XPS)
5.2.3.6 纳米压痕测试
5.3 试验结果与讨论
5.3.1 60Co-γ辐照损伤效应
5.3.1.1 辐照对超混杂复合层板微观形貌的影响
5.3.1.2 超混杂复合层板的FTIR红外光谱分析
5.3.1.3 辐照对超混杂复合层板热稳定性的影响
5.3.1.4 超混杂复合层板的XPS分析
5.3.2 氦离子(He+)辐照效应
5.3.2.1 氦离子辐照对超混杂复合层板微观形貌的影响
5.3.2.2 氦离子辐照对纳米硬度的影响
5.3.2.3 氦离子辐照损伤机理
5.4 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 研究结论
6.2 创新点
6.3 研究展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文
本文编号：3938821
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/3938821.html