本發(fā)明屬于核電站反應(yīng)堆的反應(yīng)性控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種核反應(yīng)堆灰控制棒用鉬基氧化鏑中子吸收體材料及其應(yīng)用。

背景技術(shù)：

在常規(guī)壓水堆核電站正常運(yùn)行過程中，利用調(diào)節(jié)控制棒插入核反應(yīng)堆堆芯深度和改變硼酸濃度對(duì)核反應(yīng)性進(jìn)行控制和對(duì)負(fù)荷進(jìn)行跟蹤。當(dāng)核反應(yīng)性增大的時(shí)候，向反應(yīng)堆芯中插入控制棒，以增加其對(duì)中子的吸收量，從而降低核反應(yīng)速度；但當(dāng)核反應(yīng)性降低的時(shí)候，則抽出控制棒，減小其對(duì)中子的吸收，從而增加核反應(yīng)速度；這樣就可以對(duì)核反應(yīng)性進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)控，以保證核反應(yīng)的穩(wěn)定進(jìn)行。特別是當(dāng)出現(xiàn)核事故的時(shí)候，所有控制棒將同時(shí)迅速落入核堆芯中，實(shí)現(xiàn)核反應(yīng)的快速停堆，保證核電站安全。因此，在核電站中控制棒是非常重要的。常規(guī)壓水堆的控制棒所用中子吸收體為強(qiáng)中子吸收材料，典型采用的強(qiáng)中子吸收體材料為Ag-In-Cd合金，主要的化學(xué)成分配比為Ag-15wt.％In-5wt.％Cd(質(zhì)量百分比，％)。這種含強(qiáng)中子吸收體的控制棒，稱為黑控制棒，簡(jiǎn)稱黑棒。在核電站的正常運(yùn)行期間，黑控制棒組件插入堆芯的時(shí)間很少，因此，遭受的中子輻照劑量較少，引起的輻照腫脹、生長和輻照蠕變量較少。因此黑棒的使用壽命長，應(yīng)用于黑控制棒中的Ag-In-Cd合金通?？梢栽诜磻?yīng)堆中服役15年以上。由于黑控制棒裝載的是強(qiáng)中子吸收體，一般微小的移動(dòng)將帶來核反應(yīng)性較大的波動(dòng)，因此，需要同時(shí)改變硼酸濃度以配合黑控制棒的移動(dòng)。但改變硼酸濃度調(diào)節(jié)核反應(yīng)性局限性較大，包括：導(dǎo)致了核電站每天需要處理大量的主反應(yīng)堆冷卻劑，增加核電站成本，而且需要大尺寸的容器盛裝廢棄液。由于需要調(diào)節(jié)硼酸濃度并后續(xù)處理廢棄化學(xué)溶液從而復(fù)雜化了控制系統(tǒng)。同時(shí)通過加入水以稀釋溶液中的硼酸濃度或則通過加入硼酸以增加溶液中的硼酸濃度，這個(gè)過程是緩慢的，所需要的時(shí)間長，從而帶來對(duì)核反應(yīng)性控制的不靈敏和反饋遲緩等問題。

因此，美國西屋公司提出采用一類弱中子吸收體的控制棒代替改變硼酸濃度配合黑棒進(jìn)行核反應(yīng)性的控制與負(fù)荷的跟蹤。這樣可以把日常處理主反應(yīng)堆冷卻劑的需要降到最低，從而大大簡(jiǎn)化化學(xué)和容積控制系統(tǒng)及其操作，增加了對(duì)核反應(yīng)性控制的靈敏度等。裝載弱中子吸收體芯塊的控制棒稱為灰控制棒，簡(jiǎn)稱為灰棒。

用于制備灰控制棒用中子吸收體芯塊的候選材料，包括含硼元素的碳化硼(B₄C)、硼鋼以及它們的組合體，Ag-In-Cd合金，含稀土元素比如Dy、Tm和Tb的材料等。但是碳化硼和硼鋼中子吸收材料容易在服役過程中出現(xiàn)較嚴(yán)重的輻照損傷，這主要是由于輻照腫脹和B¹⁰的(n,α)反應(yīng)產(chǎn)生氦所致，而且B¹⁰的中子吸收截面較大。因此，碳化硼和硼鋼不適合做灰控制棒用中子吸收體芯塊。而多用于黑棒的強(qiáng)中子吸收體材料Ag-In-Cd合金，由于在核反應(yīng)堆運(yùn)行過程中，黑控制棒組件插入堆芯的時(shí)間很少，遭受的中子輻照劑量少，中子輻照導(dǎo)致的腫脹和蠕變量比較少，因此Ag-In-Cd合金作為黑控制棒用中子吸收體材料是合適的。但是對(duì)于灰控制棒組件，在核電站運(yùn)行期間，約一半運(yùn)行時(shí)間內(nèi)，其是停留在堆芯內(nèi)部，長期遭受大劑量的中子輻照。如果Ag-In-Cd合金作為灰控制棒用中子吸收體芯塊，長期插入到反應(yīng)堆堆芯中，會(huì)遭受大量的中子輻照，其輻照腫脹和蠕變將非常嚴(yán)重，從而影響灰控制棒的使用壽命。此外，Ag-In-Cd合金中的Ag、In和Cd元素都具有較大的中子吸收截面，而Ag、In和Cd的嬗變產(chǎn)物的中子吸收截面卻顯著降低。當(dāng)使用Ag-In-Cd合金作為灰控制棒用中子吸收體芯塊時(shí)，運(yùn)行5年后，灰控制棒組件的反應(yīng)性價(jià)值將會(huì)降低到其初始反應(yīng)性價(jià)值的80％左右，不再滿足機(jī)械補(bǔ)償控制模式對(duì)灰控制棒組件反應(yīng)性價(jià)值的要求。

一些稀土元素也是優(yōu)異的中子吸收體核子元素，比如Dy、Tm和Tb等。Dy₂TiO₅芯塊已經(jīng)在俄羅斯的MIR和VVER-1000RCCAs核反應(yīng)堆中應(yīng)用。將Dy₂TiO₅芯塊作為控制棒的中子吸收體，主要利用了鏑優(yōu)異的核子特性。鏑具有五種中子吸收截面相對(duì)較大的穩(wěn)定同位素，其嬗變產(chǎn)物如Ho和Er等也具有較大的中子吸收截面。在進(jìn)行核反應(yīng)后，材料的中子吸收截面不會(huì)發(fā)生突變，可以穩(wěn)定的控制核反應(yīng)性。鏑的嬗變產(chǎn)物的γ活性低、半衰期短、對(duì)堆芯設(shè)備的損害小。但是，由于Dy₂TiO₅具有三種晶體結(jié)構(gòu)，包括正交晶體結(jié)構(gòu)(0～1350℃)、六方晶體結(jié)構(gòu)(1350℃～1680℃)和立方晶體結(jié)構(gòu)(也稱為螢石晶體結(jié)構(gòu))(1680℃～1870℃)。這三種晶體結(jié)構(gòu)的Dy₂TiO₅塊體材料的物理性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)和抗中子輻照性能等是不同的。其中，螢石晶體結(jié)構(gòu)的Dy₂TiO₅塊體材料的抗輻照性能最好，相同輻照條件下其輻照腫脹率和輻照生長率最低，輻照過程中不會(huì)發(fā)生晶體結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，輻照穩(wěn)定性好。而在輻照條件下，正交晶體結(jié)構(gòu)的Dy₂TiO₅在發(fā)生非晶化轉(zhuǎn)變之前，首先發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變，由正交晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)槲炇w結(jié)構(gòu)。晶體結(jié)構(gòu)的改變會(huì)引起塊體材料的體積、熱導(dǎo)率、熱膨脹系數(shù)、力學(xué)性能、抗腐蝕性能和抗輻照能力等的變化。由于螢石晶體結(jié)構(gòu)的Dy₂TiO₅塊體具有優(yōu)異的綜合性能，特別是優(yōu)異的抗中子輻照性能，因此研究者們致力于獲得螢石晶體結(jié)構(gòu)的Dy₂TiO₅塊體材料。但由于螢石晶體結(jié)構(gòu)屬于高溫相，而控制棒長期服役的溫度低于1000℃，因此即使制備得到高溫螢石晶體結(jié)構(gòu)的Dy₂TiO₅塊體，在服役過程中會(huì)緩慢的轉(zhuǎn)變?yōu)榈蜏氐恼痪w結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致各類性質(zhì)和性能發(fā)生改變，這不利于核反應(yīng)的穩(wěn)定性與反應(yīng)堆的安全性。核電堆芯控制棒用中子吸收體材料芯塊的另一個(gè)重要特性要求是需要芯塊具有優(yōu)異的熱傳導(dǎo)性，以便在服役過程中由于中子反應(yīng)在芯塊中生成的熱量能及時(shí)傳導(dǎo)出去，保證核反應(yīng)的安全性，而Dy₂TiO₅陶瓷芯塊的熱傳導(dǎo)性相對(duì)較差。同時(shí)，Dy₂TiO₅屬于陶瓷芯塊材料，機(jī)械加工性能較差。

對(duì)于Dy₂TiO₅中子吸收體主要利用的是Dy元素的優(yōu)異核子特性。因此，含有Dy元素的塊體材料，并滿足作為中子吸收體芯塊的各類性質(zhì)和性能要求，比如長期穩(wěn)定的中子吸收能力、高的熱導(dǎo)率、優(yōu)異的抗中子輻照腫脹和輻照生長的能力，良好的力學(xué)性質(zhì)等，都有望作為核反應(yīng)堆控制棒用中子吸收體。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供了一種核反應(yīng)堆灰控制棒用鉬基氧化鏑材料及其應(yīng)用。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案之一是：

一種核反應(yīng)堆灰控制棒用鉬基氧化鏑材料，所述鉬基氧化鏑材料由鉬作為基體，氧化鏑作為彌散相分布于鉬基體中，且氧化鏑與鉬的質(zhì)量比為1:0.8～1:20。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案之二是：

一種由上述材料制成的鉬基氧化鏑芯塊。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案之三是：

一種制備上述鉬基氧化鏑芯塊的方法，在惰性氣體保護(hù)下，將純度99％以上的烘干氧化鏑粉末和純度99.5％以上的烘干鉬粉末，按照質(zhì)量百分比Mo-(3～55)wt％Dy₂O₃進(jìn)行稱量后混合，再加入過程控制劑并使其終質(zhì)量濃度不超過2.5wt％，得到混合粉末；將上述混合粉末在球料比0.8～35:1、裝填系數(shù)0.05～0.85、球磨轉(zhuǎn)速80～650rpm的條件下，按照球磨45～60min—停止4～12min的方式球磨2～100h；然后將球磨后的混合粉末在壓力80～550MPa的條件下冷等靜壓0.05～4h以壓制成坯體；再將坯體置于惰性氣體保護(hù)下在1200～1900℃燒結(jié)2～110h，即得所述之鉬基氧化鏑芯塊。

一實(shí)施例中：所述球料比為10～30:1。

一實(shí)施例中：所述裝填系數(shù)為0.3～0.8。

一實(shí)施例中：所述球磨轉(zhuǎn)速為300～600rpm。

一實(shí)施例中：所述冷等靜壓的壓力為200～500MPa。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案之四是：

一種上述鉬基氧化鏑芯塊用于制備核反應(yīng)堆灰控制棒的用途。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案之五是：

一種核反應(yīng)堆灰控制棒，包括包殼，所述包殼內(nèi)設(shè)有上述鉬基氧化鏑芯塊。

本發(fā)明的質(zhì)量百分比的表示方法Mo-(3～55)wt％Dy₂O₃指的是氧化鏑(Dy₂O₃)粉末與鉬(Mo)粉末的混合物中，氧化鏑粉末的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3～55％；同理，Mo-15wt％Dy₂O₃、Mo-18wt％Dy₂O₃、Mo-21wt％Dy₂O₃、Mo-25wt％Dy₂O₃和Mo-50wt％Dy₂O₃分別指的是氧化鏑粉末與鉬粉末的混合物中，氧化鏑粉末的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為15％、18％、21％、25％和50％。

本發(fā)明所述之“惰性氣體”可以是氬氣和氦氣等，或上述氣體的一種或多種的混合，其作用是隔絕氧氣并保持一定壓強(qiáng)，同時(shí)氣體本身不參與反應(yīng)。

本技術(shù)方案與背景技術(shù)相比，它具有如下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明采用粉末冶金工藝，在特定的工藝參數(shù)下，通過球磨—冷等靜壓—?dú)怏w保護(hù)燒結(jié)等過程，即：球磨法使得鉬粉末與氧化鏑粉末充分細(xì)化、均勻混合，再經(jīng)過冷等靜壓預(yù)壓坯，最后在惰性氣體保護(hù)下燒結(jié)后獲得鉬基氧化鏑塊體材料，所需設(shè)備和工藝簡(jiǎn)單，易操作，制備成本低；制得的鉬基氧化鏑材料具有穩(wěn)定的中子吸收能力，優(yōu)良的熱傳導(dǎo)性能、低的熱膨脹系數(shù)、優(yōu)異的高溫力學(xué)性能、抗中子輻照性能、良好的高溫機(jī)械穩(wěn)定性能等，材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；同時(shí)Dy₂O₃均勻彌散分布在鉬基體中，可以充分發(fā)揮鏑元素優(yōu)異的核子特性。

根據(jù)核子特性計(jì)算、堆熱分析、相關(guān)性能計(jì)算以及實(shí)際應(yīng)用中對(duì)芯塊尺寸加工性能的要求等可知，本發(fā)明的鉬基氧化鏑塊體材料是優(yōu)異的灰控制棒用中子吸收體芯塊材料，滿足反應(yīng)堆對(duì)中子吸收體性能的所有要求。鉬基氧化鏑芯塊的核心是利用鏑元素優(yōu)異的核子性能。氧化鏑的熔點(diǎn)2340℃，在高溫下，Dy₂O₃具有良好的穩(wěn)定性；在服役過程中，其晶體結(jié)構(gòu)不會(huì)隨溫度的變化而發(fā)生改變。金屬鉬具有高熔點(diǎn)、良好的抗蠕變性能、高的熱導(dǎo)率、低的熱膨脹系數(shù)、優(yōu)異的高溫強(qiáng)度和良好的高溫機(jī)械穩(wěn)定性能等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，在高溫下氧化鏑與鉬不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，仍以Dy₂O₃顆粒的形式彌散分布在鉬基體中，鉬基氧化鏑塊體材料在服役過程中尺寸穩(wěn)定。因此，鉬基氧化鏑具有鉬和氧化鏑所具有的所有優(yōu)異特性。同時(shí)可以非常容易的通過改變Dy₂O₃的添加量以改變塊體中Dy的線密度，以滿足堆芯對(duì)灰控制棒用中子吸收體芯塊的中子吸收能力強(qiáng)弱的要求。因此，本發(fā)明的鉬基氧化鏑塊體材料能夠作為核反應(yīng)堆灰控制棒用的優(yōu)異中子吸收體，可以用來代替在核反應(yīng)堆中通過改變硼酸濃度對(duì)核反應(yīng)性的控制和對(duì)負(fù)荷跟蹤的作用，提高了對(duì)反應(yīng)堆的核反應(yīng)性控制精度，顯著降低了控制所需調(diào)節(jié)時(shí)間；降低了硼酸對(duì)反應(yīng)堆構(gòu)件的腐蝕，降低了每天需要大量處理的廢棄液，簡(jiǎn)化了化學(xué)處理與調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

圖1為實(shí)施例1中不同球磨時(shí)間的Mo-21wt％Dy₂O₃混合粉末的X射線衍射圖譜。

圖2為實(shí)施例1中球磨96h后的不同氧化鏑含量的Mo-Dy₂O₃混合粉末經(jīng)冷等靜壓成型的坯體在1600℃燒結(jié)24h后的X射線衍射圖譜。

圖3為實(shí)施例3中球磨24h的Mo-21wt％Dy₂O₃混合粉末經(jīng)冷等靜壓成型的坯體在不同溫度下燒結(jié)12h后的X射線衍射圖譜，其中三條曲線由上到下分別表示燒結(jié)溫度1600℃、1500℃、1400℃。

圖4為實(shí)施例4中不同球磨時(shí)間的Mo-21wt％Dy₂O₃混合粉末經(jīng)冷等靜壓成型的坯體在1500℃燒結(jié)12h后的X射線衍射圖譜，其中三條曲線由上到下分別表示球磨時(shí)間96h、48h、24h。

圖5為實(shí)施例7中球磨48h的Mo-21wt％Dy₂O₃混合粉末經(jīng)冷等靜壓成型的坯體在1600℃燒結(jié)24h后的伸長率和熱膨脹系數(shù)隨溫度的變化曲線。

圖6為實(shí)施例7中球磨48h的Mo-21wt％Dy₂O₃混合粉末經(jīng)冷等靜壓成型的坯體在1600℃燒結(jié)24h后的掃描電子顯微鏡圖及元素能譜線掃描結(jié)果。

具體實(shí)施方式

下面通過實(shí)施例具體說明本發(fā)明的內(nèi)容：

實(shí)施例1

取純度99.6％的烘干Dy₂O₃原始粉末和純度99.9％的烘干鉬粉末，在惰性氣體保護(hù)的手套箱中，分別按照質(zhì)量百分比Mo-15wt％Dy₂O₃、Mo-18wt％Dy₂O₃、Mo-21wt％Dy₂O₃和Mo-25wt％Dy₂O₃進(jìn)行稱量后分別混合，加入硬脂酸過程控制劑并使其終質(zhì)量占比不超過2wt％，得到混合粉末；裝入球磨罐中并擰緊球磨罐蓋子，將上述混合粉末在球料比10:1、裝填系數(shù)0.4、球磨轉(zhuǎn)速500rpm的條件下，按照球磨55min—停止5min的方式球磨3～96h，間歇運(yùn)行可以防止球磨罐溫度過高。

圖1為經(jīng)過不同球磨時(shí)間的Mo-21wt％Dy₂O₃的混合粉末的X射線衍射圖譜。從圖中可以看出，隨著球磨時(shí)間的延長，Mo和Dy₂O₃的衍射峰逐漸寬化，衍射峰強(qiáng)度逐漸降低。衍射峰寬化的主要原因是粉末晶粒尺度的細(xì)化和球磨引起的粉末晶格畸變。如圖1所示，隨著球磨時(shí)間的延長，氧化物Dy₂O₃相的衍射峰強(qiáng)度逐漸降低，在96h球磨后完全消失，表明氧化物晶體的完整性受到球磨的破壞、粉末的晶粒尺度大幅降低以及組元逐漸產(chǎn)生了固溶，這使得參與衍射的晶粒數(shù)量減少從而造成衍射峰強(qiáng)度的逐漸降低直至消失。高能球磨使Mo顆粒和Dy₂O₃顆粒細(xì)化的同時(shí)產(chǎn)生了大量新表面和晶格缺陷，晶粒尺寸減小的同時(shí)減小了擴(kuò)散距離，有利于原子的擴(kuò)散和重排，同時(shí)提高了球磨粉末的活性，有利于燒結(jié)反應(yīng)的進(jìn)行。

取上述按照質(zhì)量百分比Mo-15％Dy₂O₃和Mo-25％Dy₂O₃稱量、混合、球磨96h后的混合粉末分別進(jìn)行下述操作：在手套箱中將混合粉末裝入橡膠包套并扎緊，再將扎緊的橡膠包套置于冷等靜壓儀器中的液壓缸內(nèi)，在壓力280MPa的條件下冷等靜壓0.5h以壓制成柱狀坯體；再將坯體置于氬氣保護(hù)燒結(jié)爐中，在1600℃燒結(jié)24h，即得兩種不同氧化鏑含量的鉬基氧化鏑芯塊，氧化鏑與鉬基的質(zhì)量比為分別為1:5.67和1:3。

圖2為上述兩種不同氧化鏑含量的鉬基氧化鏑芯塊的X射線衍射圖譜?？梢钥闯?，在1600℃燒結(jié)24h后，僅存在Mo和Dy₂O₃兩個(gè)相的衍射峰，不存在新相衍射峰，說明在燒結(jié)過程中Mo與Dy₂O₃不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成新物質(zhì)。

由于球磨導(dǎo)致Dy₂O₃分解并固溶進(jìn)Mo的晶體結(jié)構(gòu)中，因此燒結(jié)過程中氧與鏑原子從Mo晶體結(jié)構(gòu)中析出、聚集長大并彌散分布于基體鉬中，形成了氧化鏑均勻彌散的鉬基氧化鏑塊體。

上述鉬基氧化鏑芯塊經(jīng)過機(jī)械加工后，可以得到形狀規(guī)則的最終芯塊，將該最終芯塊置于核反應(yīng)堆灰控制棒用包殼中，與其它部件一起構(gòu)成一種核反應(yīng)堆灰控制棒，可用于控制核電站反應(yīng)堆的運(yùn)行。

實(shí)施例2

取純度99.6％的烘干Dy₂O₃原始粉末和純度99.9％的烘干鉬粉末，在惰性氣體保護(hù)的手套箱中，按照質(zhì)量百分比Mo-5wt％Dy₂O₃進(jìn)行稱量后混合，加入硬脂酸過程控制劑并使其終質(zhì)量占比不超過1wt％，得到混合粉末；裝入球磨罐中并擰緊球磨罐蓋子，將上述混合粉末在球料比30:1、裝填系數(shù)0.8、球磨轉(zhuǎn)速600rpm的條件下，按照球磨55min—停止5min的方式球磨3h，間歇運(yùn)行可以防止球磨罐溫度過高。然后將球磨后的混合粉末在手套箱中裝入橡膠包套并扎緊，再將扎緊的橡膠包套置于冷等靜壓儀器中的液壓缸內(nèi)，在壓力500MPa的條件下冷等靜壓0.1h以壓制成柱狀坯體；再將坯體置于氬氣保護(hù)燒結(jié)爐中，在1600℃燒結(jié)12h，即得鉬基氧化鏑芯塊，氧化鏑與鉬基的質(zhì)量比為1:19。

上述鉬基氧化鏑芯塊經(jīng)過機(jī)械加工后，可以得到形狀規(guī)則的最終芯塊，將該最終芯塊置于核反應(yīng)堆灰控制棒用包殼中，與其它部件一起構(gòu)成一種核反應(yīng)堆灰控制棒，可用于控制核電站反應(yīng)堆的運(yùn)行。

實(shí)施例3

取純度99.6％的烘干Dy₂O₃原始粉末和純度99.9％的烘干鉬粉末，在惰性氣體保護(hù)的手套箱中，按照質(zhì)量百分比Mo-21wt％Dy₂O₃進(jìn)行稱量后混合，加入硬脂酸過程控制劑并使其終質(zhì)量占比不超過1wt％，得到混合粉末；裝入球磨罐中并擰緊球磨罐蓋子，將上述混合粉末在球料比10:1、裝填系數(shù)0.4、球磨轉(zhuǎn)速500rpm的條件下，按照球磨55min—停止5min的方式球磨24h，間歇運(yùn)行可以防止球磨罐溫度過高。然后將球磨后的混合粉末在手套箱中裝入橡膠包套并扎緊，再將扎緊的橡膠包套置于冷等靜壓儀器中的液壓缸內(nèi)，在壓力280MPa的條件下冷等靜壓0.5h以壓制成柱狀坯體；再將坯體置于氬氣保護(hù)燒結(jié)爐中，分別在1400℃、1500℃、1600℃燒結(jié)12h，即得三種鉬基氧化鏑芯塊，氧化鏑與鉬基的質(zhì)量比為均為1:3.76。

圖3為上述三種不同燒結(jié)溫度條件下的鉬基氧化鏑芯塊的X射線衍射圖譜?？梢钥闯?，在1400～1600℃燒結(jié)12h后，僅存在Mo和Dy₂O₃兩個(gè)相的衍射峰，不存在新相衍射峰，說明在燒結(jié)過程中Mo與Dy₂O₃不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成新物質(zhì)。

上述鉬基氧化鏑芯塊經(jīng)過機(jī)械加工后，可以得到形狀規(guī)則的最終芯塊，將該最終芯塊置于核反應(yīng)堆灰控制棒用包殼中，與其它部件一起構(gòu)成一種核反應(yīng)堆灰控制棒，可用于控制核電站反應(yīng)堆的運(yùn)行。

實(shí)施例4

取純度99.6％的烘干Dy₂O₃原始粉末和純度99.9％的烘干鉬粉末，在惰性氣體保護(hù)的手套箱中，按照質(zhì)量百分比Mo-21wt％Dy₂O₃進(jìn)行稱量后混合，加入硬脂酸過程控制劑并使其終質(zhì)量占比不超過2wt％，得到混合粉末；裝入球磨罐中并擰緊球磨罐蓋子，將上述混合粉末在球料比10:1、裝填系數(shù)0.4、球磨轉(zhuǎn)速500rpm的條件下，按照球磨55min—停止5min的方式分別球磨24h、48h、96h，間歇運(yùn)行可以防止球磨罐溫度過高。然后將球磨后的混合粉末在手套箱中裝入橡膠包套并扎緊，再將扎緊的橡膠包套置于冷等靜壓儀器中的液壓缸內(nèi)，在壓力280MPa的條件下冷等靜壓0.5h以壓制成柱狀坯體；再將坯體置于氬氣保護(hù)燒結(jié)爐中，在1500℃燒結(jié)24h，即得鉬基氧化鏑芯塊，氧化鏑與鉬基的質(zhì)量比為1:3.76。

圖4為上述三種不同球磨時(shí)間混合粉末的坯體在1500℃燒結(jié)24h的X射線衍射圖譜?？梢钥闯觯煌蚰r(shí)間的混合粉末在1500℃燒結(jié)24h后，僅存在Mo和Dy₂O₃兩個(gè)相的衍射峰，不存在新相衍射峰，說明不同球磨時(shí)間的粉末塊體在燒結(jié)過程中Mo與Dy₂O₃沒有發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成新物質(zhì)。

上述鉬基氧化鏑芯塊經(jīng)過機(jī)械加工后，可以得到形狀規(guī)則的最終芯塊，將該最終芯塊置于核反應(yīng)堆灰控制棒用包殼中，與其它部件一起構(gòu)成一種核反應(yīng)堆灰控制棒，可用于控制核電站反應(yīng)堆的運(yùn)行。

實(shí)施例5

取純度99.6％的烘干Dy₂O₃原始粉末和純度99.9％的烘干鉬粉末，在惰性氣體保護(hù)的手套箱中，按照質(zhì)量百分比Mo-25wt％Dy₂O₃進(jìn)行稱量后混合，加入硬脂酸過程控制劑并使其終質(zhì)量占比不超過1wt％，得到混合粉末；裝入球磨罐中并擰緊球磨罐蓋子，將上述混合粉末在球料比1:1、裝填系數(shù)0.4、球磨轉(zhuǎn)速500rpm的條件下，按照球磨55min—停止5min的方式分別球磨48h，間歇運(yùn)行可以防止球磨罐溫度過高。然后將球磨后的混合粉末在手套箱中裝入橡膠包套并扎緊，再將扎緊的橡膠包套置于冷等靜壓儀器中的液壓缸內(nèi)，在壓力280MPa的條件下冷等靜壓0.5h以壓制成柱狀坯體；再將坯體置于氬氣保護(hù)燒結(jié)爐中，在1800℃燒結(jié)3h，即得鉬基氧化鏑芯塊，氧化鏑與鉬基的質(zhì)量比為1:3。

上述鉬基氧化鏑芯塊經(jīng)過機(jī)械加工后，可以得到形狀規(guī)則的最終芯塊，將該最終芯塊置于核反應(yīng)堆灰控制棒用包殼中，與其它部件一起構(gòu)成一種核反應(yīng)堆灰控制棒，可用于控制核電站反應(yīng)堆的運(yùn)行。

實(shí)施例6

取純度99.6％的烘干Dy₂O₃原始粉末和純度99.9％的烘干鉬粉末，在惰性氣體保護(hù)的手套箱中，按照質(zhì)量百分比Mo-50wt％Dy₂O₃進(jìn)行稱量后混合，加入硬脂酸過程控制劑并使其終質(zhì)量占比不超過2wt％，得到混合粉末；裝入球磨罐中并擰緊球磨罐蓋子，將上述混合粉末在球料比10:1、裝填系數(shù)0.1、球磨轉(zhuǎn)速100rpm的條件下，按照球磨55min—停止5min的方式球磨150h，間歇運(yùn)行可以防止球磨罐溫度過高。然后將球磨后的混合粉末在手套箱中裝入橡膠包套并扎緊，再將扎緊的橡膠包套置于冷等靜壓儀器中的液壓缸內(nèi)，在壓力100MPa的條件下冷等靜壓3h以壓制成柱狀坯體；再將坯體置于氬氣保護(hù)燒結(jié)爐中，在1300℃燒結(jié)100h，即得鉬基氧化鏑芯塊，氧化鏑與鉬基的質(zhì)量比為1:4.56。

上述鉬基氧化鏑芯塊經(jīng)過機(jī)械加工后，可以得到形狀規(guī)則的最終芯塊，將該最終芯塊置于核反應(yīng)堆灰控制棒用包殼中，與其它部件一起構(gòu)成一種核反應(yīng)堆灰控制棒，可用于控制核電站反應(yīng)堆的運(yùn)行。

實(shí)施例7

取純度99.6％的烘干Dy₂O₃原始粉末和純度99.9％的烘干鉬粉末，在惰性氣體保護(hù)的手套箱中，按照質(zhì)量百分比Mo-21wt％Dy₂O₃進(jìn)行稱量后混合，加入硬脂酸過程控制劑并使其終質(zhì)量占比不超過1wt％，得到混合粉末；裝入球磨罐中并擰緊球磨罐蓋子，將上述混合粉末在球料比10:1、裝填系數(shù)0.4、球磨轉(zhuǎn)速500rpm的條件下，按照球磨55min—停止5min的方式球磨48h，間歇運(yùn)行可以防止球磨罐溫度過高。然后將球磨后的混合粉末在手套箱中裝入橡膠包套并扎緊，再將扎緊的橡膠包套置于冷等靜壓儀器中的液壓缸內(nèi)，在壓力280MPa的條件下冷等靜壓0.5h以壓制成柱狀坯體；再將坯體置于氬氣保護(hù)燒結(jié)爐中，在1600℃燒結(jié)24h，即得鉬基氧化鏑芯塊，氧化鏑與鉬基的質(zhì)量比為1:3.76。

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T-5163-2006《燒結(jié)材料密度、含油率和開孔率的測(cè)定》所測(cè)試的上述鉬基氧化鏑芯塊的密度為8.963g·cm^-3。

采用導(dǎo)熱分析儀測(cè)試的上述鉬基氧化鏑塊體在室溫、500℃和800℃的熱擴(kuò)散系數(shù)、熱容、熱導(dǎo)率的值列于表1中。

表1鉬基氧化鏑燒結(jié)塊體的物理性質(zhì)測(cè)試結(jié)果

圖5為上述條件的Mo-21wt％Dy₂O₃芯塊的伸長率和熱膨脹系數(shù)隨溫度的變化曲線。如圖5所示，隨著溫度的升高塊體的伸長率成直線上升趨勢(shì)，到800℃時(shí)樣品的伸長率為0.505％；在較低溫時(shí)熱膨脹系數(shù)隨溫度的升溫快速升高，250℃以后繼續(xù)升溫?zé)崤蛎浵禂?shù)緩慢升高趨于穩(wěn)定。

圖6是上述鉬基氧化鏑芯塊表面的掃描電子顯微鏡圖及元素能譜線掃描結(jié)果，從掃描電子顯微鏡圖中可以觀察到，燒結(jié)后氧化鏑以不規(guī)則形狀彌散分布在鉬基中；從能譜分析可以看出氧元素與鏑元素是同步變化的，且與鉬元素的變化趨勢(shì)相反，顏色較深的為氧化鏑，較淺的為鉬基體。

上述鉬基氧化鏑芯塊經(jīng)過機(jī)械加工后，可以得到形狀規(guī)則的最終芯塊，將該最終芯塊置于核反應(yīng)堆灰控制棒用包殼中，與其它部件一起構(gòu)成一種核反應(yīng)堆灰控制棒，可用于控制核電站反應(yīng)堆的運(yùn)行。

本領(lǐng)域技術(shù)人員可知，當(dāng)本發(fā)明的技術(shù)參數(shù)在如下范圍內(nèi)變化時(shí)，可以預(yù)期得到與上述實(shí)施例相同或相近的技術(shù)效果：

在惰性氣體保護(hù)下，將純度99.5％以上的烘干氧化鏑粉末和純度99.9％以上的烘干鉬粉末，按照質(zhì)量百分比Mo-(5～50)wt％Dy₂O₃進(jìn)行稱量后混合，再加入過程控制劑并使其終質(zhì)量濃度不超過2wt％，得到混合粉末；將上述混合粉末在球料比1～30:1、裝填系數(shù)0.1～0.8、球磨轉(zhuǎn)速100～600rpm的條件下，按照球磨50～55min—停止5～10min的方式球磨3～100h；然后將球磨后的混合粉末在壓力100～500MPa的條件下冷等靜壓0.1～3h以壓制成坯體；再將坯體置于惰性氣體保護(hù)下在1300～1800℃燒結(jié)3～100h，即得所述之鉬基氧化鏑芯塊，由鉬作為基體，氧化鏑作為彌散相分布于鉬基體中，且氧化鏑與鉬的質(zhì)量比為1:1～1:19。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳實(shí)施例而已，故不能依此限定本發(fā)明實(shí)施的范圍，即依本發(fā)明專利范圍及說明書內(nèi)容所作的等效變化與修飾，皆應(yīng)仍屬本發(fā)明涵蓋的范圍內(nèi)。