新型陶瓷辊棒在FLiNaK熔盐中的腐蚀行为

　　熔盐堆(MSR)使用氟化物熔盐作为核燃料载体和冷却剂，为“第四代核能国际论坛”(GIF)选中的6个候选核能系统之一。氟化物熔盐独特的热物理化学性质使得MSR在中子经济性、放射性废物处理、固有安全性和防核扩散等方面具有无可比拟的优势。但其高温、辐射、强腐蚀环境对材料的要求非常苛刻，其中氟化物熔盐与结构材料腐蚀问题是解决MSR的最关键技术之一。金属材料仅能在700℃下基本满足MSR要求。石墨不存在耐高温和熔盐腐蚀问题，但机械性能不足限制了其在MSR的应用。碳化物、氮化物、硼化物和金属间化合物等陶瓷辊棒本身耐高温、耐腐蚀，极可能用于MSR。氟化物熔盐中的杂质对材料腐蚀影响非常大，如何降低氟化物熔盐中杂质含量至关重要。

　　采用真空干燥法对FLiNaK熔盐进行纯化，研究了不同实验条件对熔盐纯化效果的影响。研究发现：真空干燥法预处理FLiNaK熔盐的最佳温度为400℃，时间为6h；FLiNaK熔盐最佳制备温度为750℃，时间为8h，获得的FLiNaK熔盐形成了良好共晶盐。但该方法获得的熔盐中含有含氧酸根，熔盐氧含量偏高。陶瓷辊棒具有高强度、高硬度、耐高温、耐腐蚀性及耐热性好等一系列优点，在极端条件下具有广泛应用。主要研究了新型陶瓷辊棒在FLiNaK熔盐中的腐蚀行为。首先用HSCChemistry计算了碳化物、氮化物、硅化物、硼化物、氧化物和金属间化合物等几十种陶瓷辊棒与F_2(g)反应的△G，以筛选可能的陶瓷辊棒。在Ar保护下，850℃的FLiNaK熔盐中对筛选出的碳化物、氧化物、氮化物等陶瓷辊棒进行了100h浸渍实验，通过腐蚀率、表面形貌、扫描电镜(SEM)等对材料腐蚀性能和行为进行了评价，获得腐蚀数据并对计算结果进行校核。通过以上数据可以得出：在去除陶瓷辊棒在熔盐中的溶解度因素影响条件下，陶瓷辊棒耐氟化物熔盐腐蚀性可根据其与F_2(g)反应的△G来判断，氧化物陶瓷的耐腐蚀能力最差，碳化物陶瓷的耐腐蚀能力较佳，其中MoC的耐腐蚀能力最强，腐蚀率仅为0.26um/100h。在Ar保护下，850℃FLiNaK熔盐中对ZrC、SiC、ZrC-20%SiC和ZrC-40%SiC进行了100h的浸渍腐蚀实验。通过腐蚀率、SEM-EDX、XRD、氧含量分析仪等对锆基和硅基碳化物陶瓷耐熔盐腐蚀能力和腐蚀机理进行了研究。

　　ZrC-SiC基陶瓷在熔盐中腐蚀情况差异较大，其中SiC耐腐蚀能力最强，ZrC耐腐蚀性能最弱。ZrC-SiC基陶瓷复合材料中ZrC被熔盐选择性腐蚀出，随着SiC含量增加，陶瓷辊棒的耐腐蚀能力提高。碳化物陶瓷在氟化物熔盐中受到的腐蚀主要是由于陶瓷辊棒中负价的C~(4-)被熔盐中氧化性物质或杂质氧化为单质C造成，向碳化物陶瓷中加入C可以抑制熔盐对碳化物陶瓷的腐蚀，可能能提升碳化物陶瓷的耐腐蚀性能。

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