核石墨

可能成为我国偏远地区、东南沿海等能源紧缺区域的有异的抗热冲击性、低中子活化
性能，炭材料是核反应堆重要的慢化材料。高纯石墨是核反应堆用优异中子减速材料， 其减速比仅次于重水，但成本低并使天然U能被利用。通常，将用于核反应堆的炭石
墨材料称为核反应堆石墨，简称核石墨。核石墨是多晶材料，石墨化度高，要求纯度
2.2 各向同性碳材料
核石墨在微结构上是多相材料，是由石油焦 和 煤 沥 青 黏合 剂 组 成。通过2800~3000*C 的高温热处理，因为孔结构，其密度通常在 1.5~1.8g/cm3，低于理想单晶石墨。 核石墨主要采用各向同性石墨制 造工艺，根据 英、法、德等国研究经验，认为可以通过等静压成型 和 振动成型工艺技术制备各向同性石墨材料和核石墨块 。目前，各向同 性炭素材料主要是通过采用热等静压技术、振动成型技术制备。其中， 有代表性的是二次焦技术和振动成型技术。
2
1
3
发电效率高 核电站
4
释放能量大 军事领域
LOREM IPSUM DOLOR
3
LOREM IPSUM
2
LOREM IPSUM
1
LOREM IPSUM
4
LOREM IPSUM
5
LOREM IPSUM
6
LOREM IPSUM
谢
谢
观
看
粉等。根据制备工艺的差别，分别介绍以下几种炭材料。
2.1 炭 / 炭复合材料
炭/炭 复合材料具有重量轻、模量高、 比强度大、热膨胀系数低、耐高温、耐 热冲击、耐腐蚀、吸振性好、高温下强
度保持率高等优异性能 。在高温气冷堆
中用作热结构件。 复合材料在高温下， 尤其是在 2000 度以上高温时仍能保持 室温强度，甚至比室温时还高，而且在 2300 ~ 2600*C （图 1）时是其强度最 高的区间。
制备工艺
（1）增强体炭纤维的选择 增强体炭纤维的选择主要基于所设计复合材料的应用和工作环境。纤维的选择主要依赖于成本、织物结 构、性能及纤维的工艺稳定性。
（2）炭 / 炭复合材料的坯体的成型
根据设计的性能及使用要求，将纤维预先按照 一定方法进行成型，制成预制体，以便进一步进行 炭/炭 复合材料的致密化工艺。 （3）致密化工艺 化学气相沉积（CVD）、化学气相渗透（CVI）、低压浸渍炭化（LIPC）、高压浸渍 炭化（HIPC）、多 法交叉重复使用的混合法、压力热梯度 、液相浸渍工艺、超高温模压工艺、自烧结工艺等。其中常用的致密 化工艺为液相浸渍工艺(CLI)、化学气相渗透工艺(CVI)。
2.1.1 炭 / 炭复合材料的制备工艺
这种性能开辟了人类太空探索的新纪元，使得 1981 年人类首架航天飞机成功 地进入太空。炭 / 炭复合材料兼具功能特性和结构特性，在航空、航天、航海等领域 得到广泛应用。在高温核反应堆也有重要的应用前景。 高温反应堆用炭 /炭 复合材料热结构件需要炭纤维编织技术、化学气相沉积、液 相浸渍设备技术、 涂层、后期加工等。 通过增强体炭纤维、基体前驱体、复合致密
新型碳材料
核石墨
李福龙 梁泽鹏
李一林 靳春文 李中华 焦提忠
Content
01 02 03
核石墨的概念
核石墨的种类及制备
核石墨的应用
1. 核石墨的概念
随着国民经济的发展，我国能源供求矛盾突出。核能对环境污染小!能源材料需 求量低，是解决我国能源问题的有效手段。高பைடு நூலகம்气冷堆具有安全性好、发电效率高、 冷却剂出口温度高、中子经济性好、燃料循环灵活等优点，成为公认的先进堆型 !有
高，以防止热中子吸附在慢化块上，并具有各向同性使其在高中子辐射条件下，在三 维空间上具有稳定性。
2. 核石墨的种类及制备
1962年出版的《核石墨》曾经详细介绍过核石 墨的制造工艺。近 年来，随着炭材料科学的发展， 炭材料的制备工艺已经有了很大的 飞跃。根据使用位置和所处环境的差异，核反应堆需要多种不同的炭 材料，主要包括炭/炭复合材料、热解炭、各向同性炭素制品、石墨
工艺等获得高性能的高温反应堆用 炭/炭 复合材料。
炭 /炭 复合材料的制备包括纤维坯体的制备及致密化过程 （图 2），如果需要 还有石墨化工艺。包括：CF 及其结构的选择；基体炭先驱物的选择；炭/炭 复合材
料坯体的成型工艺；坯体的致密化工艺以及工序间和最终产品的加工、检测等。
* 纤维坯体的制备及致密化过程
2.2 各向同性碳材料制备方法
2.2.1 二次焦技术制备同性碳材料 在核反应堆里 ，各向同性石墨的辐照稳 定性大于各向异性石墨 。德国采用二次焦 技术制造各向同性石墨。首先将焦炭颗粒 粉碎到 0.12mm 以下，然后用高速混捏机 和煤焦油混捏、压制成块， 1100*C 以上 焙烧后 ，再粉碎磨成小于 1mm 的粉料以 2.1.2 对于大块制件的成型工艺技术制备。 （1）振动成型，对于大块的各向同性石墨块体，如高温气 冷堆顶反射层核石墨块，长达 2m 以上 ，采用振动成型工 艺具有明显的优势，将热的混合料直接从混捏机倒入模子， 加好加重盖、 抽真空、开动振动台，借助模子相对于加重 盖的振动使物料压紧，制造均匀、高密度的核石墨块。 （2）等静压成型，可以采用沥青焦为原料进行等静压成型 制造核石墨制品 ，等静压成型是减少择优取向的有效工艺 途径 。要求骨料粒度细 ，黏结剂用量大 ，制品中黏结剂的 含量增大 ，会导致核石墨在中子辐射条件下的稳定性降低。
这种高密度 、低灰分 、高机械性能、近乎
各向同性的等轴焦炭颗粒为骨料，混以 20%磨碎的各向同性石 墨，即制得各向同 性石墨。
3. 核石墨的应用
扩大了核能的应用领域 ： 冷 却剂出口温度高达 1000 ℃ , 为高温工艺供热创造了条件 ; 安全性好 : 高温模块堆的最 高事故温度不超过 1600 ℃ , 燃料元件不会发生裂变产物 释放事故 ;