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中科院宣布一项重要突破, 可用于太空核反应堆, 航天新时代即将开始

发布日期:2021-11-17 15:44    点击次数:189

观察者网消息,中科院合肥研究院固体所内耗与固体缺陷研究部与中国核动力研究设计院合作在高性能钼合金研究方面取得新进展。研发的新型钼合金可用于太空核反应堆的制造。

空间核反应堆具有环境适应好、功率覆盖范围广、结构紧凑等突出优点,在大功率地球轨道卫星、深空探测以及月球行星基地供电等方面具有广阔的应用前景。但在空间堆的研制中,有一个难题一直在制约着相关技术的发展,即空间堆的包壳及堆芯结构材料面临高温、中子辐射及液态碱金属等苛刻环境,需要选择合适的材料,才能保证研究的顺利进行。

钼单质为银白色金属,硬而坚韧,化学性质稳定,纯金属及合金具有高熔点、高热导率、高导电性等优点,但同时也存在着室温塑性低、高温强度不足、再结晶脆性和辐射脆化等问题,因此科研人员对这些方面进行了大量研究,希望能找到克服纯钼缺点的方法。

研究者们把攻关重点放在了改善钼合金的力学和抗辐照性能上,开始时在钼金属中引入细小的氧化物颗粒,这虽然能显著提高钼合金强度和再结晶温度,然而氧化物颗粒却会在高温下长大,导致了钼合金的应力集中和塑性降低,特别是在高温时的强度显著降低。所以科研人员决定转换思路,提出了通过纳米碳化物弥散、细晶强化和晶界净化等方法来协同提升钼合金综合性能的方案,解决方案利用纳米ZrC颗粒作为增强相,提高材料的强度和高温稳定性,同时借助ZrC颗粒吸收杂质氧,改善晶界结合及低温韧性,此外纳米颗粒与基体之间形成的界面可以吸收辐射缺陷,能够有效的改善材料的抗辐射性能。

通过不断的实验,研究人员制备了室温及高温下均具有优异力学性能的纳米结构碳化锆钼合金,这种合金的室温抗拉强度可达928MPa、延伸率为34.4%,比工业中广泛应用的钛锆钼合金分别提高26%和100%以上。相比于已报道的同类材料,具有明显优势。

随着航天技术的进步,人类必将进入开发和利用太空的时代,现在太空中的卫星大多利用太阳能,但当人类建造火星或月球科研站和基地的时候,势必要利用到空间核反应堆,因此,中国此次的研究成果,将为中国的太空探索增添一份强大助力。





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