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兆瓦级锂冷空间核反应堆电源方案设计与研发进展

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中国科学：技术科学 2024年第3期54卷 365-376页

作者：吴宜灿刘超金鸣陈建伟张勇吴庆生洒荣园柏云清李春京蒋洁琼宋勇胡丽琴王芳谈鹏翁娜江新标高扬周新贵郑友琦鹿鹏张智刚郝祖龙殷园中子科学国际研究院青岛266199 中子科学(重庆)研究院有限公司重庆401331 中子科学研究院(合肥)有限公司合肥230001 安徽中科超核科技有限公司合肥230001 中国科学院合肥物质科学研究院合肥230001 中国科学技术大学合肥230026 上海核工程研究设计院有限公司上海200233 西北核技术研究院西安710024 中国科学院空间应用工程与技术中心北京100094 国防科技大学新型陶瓷纤维及其复合材料重点实验室长沙410073 西安交通大学核科学与技术学院西安710049 南京航空航天大学能源与动力学院南京210016 哈尔滨工程大学核安全与仿真技术国防重点学科实验室哈尔滨150001 华北电力大学核科学与工程学院北京102206 深圳大学物理与光电工程学院深圳518060 山东大学核科学技术研究院济南250012

空间核反应堆电源因具有能量密度大、输出功率高、持续时间长、环境适应性强等优势,是未来大功率长寿期航天任务及深空探测任务能源供应的优选路线.本文在分析兆瓦级空间堆电源研发需求与选型特点的基础上,提出并设计了一套兆瓦级小型... 详细信息

空间核反应堆电源因具有能量密度大、输出功率高、持续时间长、环境适应性强等优势,是未来大功率长寿期航天任务及深空探测任务能源供应的优选路线.本文在分析兆瓦级空间堆电源研发需求与选型特点的基础上,提出并设计了一套兆瓦级小型锂冷空间堆电源技术方案,该方案采用锂冷反应堆与布雷顿发电系统耦合,具有轻量化、长寿命等特点.本文针对该方案梳理了所涉及的关键技术,介绍了在技术分析论证、相关验证样机和实验平台研制的进展情况,并在此基础上提出我国未来发展大功率空间堆电源的建议.

关键词：空间核反应堆锂冷反应堆布雷顿发电

热处理环境对Al_(2)O_(3)纤维力学性能及微观结构的影响

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材料工程 2023年第8期51卷 110-119页

作者：孙敬伟王洪磊杨蕊周新贵国防科技大学空天科学学院新型陶瓷纤维及其复合材料重点实验室长沙410073 中南大学轻质高强结构材料重点实验室长沙410083

连续氧化铝纤维增强陶瓷基复合材料是航空航天领域理想的热结构材料之一,复合材料的力学性能很大程度取决于连续氧化铝纤维的力学性能,目前不同热处理环境对连续氧化铝纤维力学性能及微观结构的影响鲜有报道。本研究以Nextel 610连续氧... 详细信息

连续氧化铝纤维增强陶瓷基复合材料是航空航天领域理想的热结构材料之一,复合材料的力学性能很大程度取决于连续氧化铝纤维的力学性能,目前不同热处理环境对连续氧化铝纤维力学性能及微观结构的影响鲜有报道。本研究以Nextel 610连续氧化铝纤维为对象,研究热处理气氛、热处理温度和热处理时间等因素对其力学性能及微观结构的影响。结果表明:空气气氛下,当热处理温度由1000℃升高至1400℃时,纤维的单丝拉伸强度由2.58 GPa下降至0.94 GPa,表面晶粒尺寸由97.3 nm增大至184.1 nm;水汽气氛下,当热处理温度由1000℃升高至1400℃时,纤维的单丝拉伸强度由2.18 GPa下降至0.95 GPa,表面晶粒尺寸由91.3 nm增大至171.7 nm。水汽气氛中的H_(2)O分子高温下向纤维内部扩散,使纤维内部缺陷增多,导致热处理工艺参数相同时,水汽气氛下纤维的单丝拉伸强度低于空气气氛,纤维表面晶粒在水汽气氛下的生长速率小于空气气氛。

关键词：热处理环境水汽气氛 Al_(2)O_(3)纤维力学性能微观结构

碳源对先驱体转化法制备TaC陶瓷粉体微观结构及性能影响

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无机材料学报 2023年第2期38卷 184-192页

作者：孙敬伟王洪磊孙楚函周新贵纪小宇国防科技大学空天科学学院新型陶瓷纤维及其复合材料重点实验室长沙410073 海军工程大学舰船综合电力技术国防科技重点实验室武汉430033

先驱体转化法是制备耐超高温陶瓷和粉体的有效方法之一,但原料种类对先驱体交联固化程度和陶瓷产率的影响鲜有报道。本研究分别采用两种碳源与聚钽氧烷(PTO)合成了TaC先驱体,研究了碳源种类、裂解温度和钽碳比例等因素对先驱体转化法制... 详细信息

先驱体转化法是制备耐超高温陶瓷和粉体的有效方法之一,但原料种类对先驱体交联固化程度和陶瓷产率的影响鲜有报道。本研究分别采用两种碳源与聚钽氧烷(PTO)合成了TaC先驱体,研究了碳源种类、裂解温度和钽碳比例等因素对先驱体转化法制备TaC陶瓷粉体微观结构及性能的影响。结果表明,含C=C的PF-3树脂可以有效促进PTO的交联固化,提高先驱体的陶瓷产率。当钽碳质量比分别为PTO:PF-3树脂=1:0.25和PTO:2402树脂=1:0.4时,在1400℃下裂解获得的TaC陶瓷粉体不含残余Ta2O5,陶瓷产率分别为54.02%和49.64%,晶粒尺寸分别为47.2和60.9 nm。PF-3树脂在提高陶瓷产率的同时能够减小晶粒尺寸,但对粉体纯度与粒度影响较小。不同碳源制备的TaC陶瓷粉体纯度分别为96.50%和97.36%,中位径分别为131和129 nm。

关键词：聚钽氧烷(PTO) 先驱体转化法 TaC 交联固化陶瓷产率

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放电等离子烧结B_(4)C研究进展

粉末冶金技术 2022年第6期40卷 516-526,534页

作者：闫星亨周新贵王洪磊国防科技大学空天科学学院长沙410073

B_(4)C是一种重要的工业材料,被广泛应用于零件加工、航空航天、装甲防护和核工业领域。放电等离子烧结是一种通过多场耦合作用来实现材料低温快速烧结的技术。本文综述了近几年来放电等离子烧结制备B_(4)C陶瓷的研究现状,阐述了放电等... 详细信息

B_(4)C是一种重要的工业材料,被广泛应用于零件加工、航空航天、装甲防护和核工业领域。放电等离子烧结是一种通过多场耦合作用来实现材料低温快速烧结的技术。本文综述了近几年来放电等离子烧结制备B_(4)C陶瓷的研究现状,阐述了放电等离子烧结的基本原理和特点,着重分析了不同原料粉末和不同烧结工艺参数对B_(4)C结构和性能的影响,最后对放电等离子烧结B_(4)C陶瓷的发展做出了展望。

关键词：放电等离子烧结致密化碳化硼复合材料烧结助剂

二维过渡金属硫属化合物氧还原反应催化剂的研究进展

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无机材料学报 2022年第7期37卷 697-709页

作者：孙炼顾全超杨雅萍王洪磊余金山周新贵国防科技大学空天科学学院新型陶瓷纤维及其复合材料重点实验室长沙410073

氧还原(ORR)反应是燃料电池等清洁能源阴极的关键反应,其反应动力学复杂,阴极需使用Pt等贵金属催化剂。然而Pt价格昂贵,且载体炭黑在高电位环境下稳定性欠佳,导致电池部件成本高且寿命短。二维过渡金属硫属化合物(2D TMDs)具有高比表面... 详细信息

氧还原(ORR)反应是燃料电池等清洁能源阴极的关键反应,其反应动力学复杂,阴极需使用Pt等贵金属催化剂。然而Pt价格昂贵,且载体炭黑在高电位环境下稳定性欠佳,导致电池部件成本高且寿命短。二维过渡金属硫属化合物(2D TMDs)具有高比表面积与可调节的电学性能,且稳定性强,有望在维持活性的同时提高燃料电池阴极的耐久性。本文梳理了近年来2D TMDs在ORR催化剂领域的最新研究进展:首先概述了2D TMDs的结构、性质及ORR反应机理;其次分析了调控2D TMDs的ORR性能策略,包括异质元素掺杂、相转变、缺陷工程与应力工程等,介绍了2D TMDs基异质结构对ORR性能的提升作用;最后,针对该领域目前存在的挑战进行展望与总结。

关键词：氧还原反应二维材料过渡金属硫属化合物电催化综述

热处理环境对AlO纤维力学性能及微观结构的影响

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材料工程 2023年 110-119页

作者：孙敬伟王洪磊杨蕊周新贵中南大学轻质高强结构材料重点实验室国防科技大学空天科学学院新型陶瓷纤维及其复合材料重点实验室

连续氧化铝纤维增强陶瓷基复合材料是航空航天领域理想的热结构材料之一,复合材料的力学性能很大程度取决于连续氧化铝纤维的力学性能,目前不同热处理环境对连续氧化铝纤维力学性能及微观结构的影响鲜有报道。本研究以Nextel610连续氧化铝纤维为对象,研究热处理气氛、热处理温度和热处理时间等因素对其力学性能及微观结构的影响。结果表明:空气气氛下,当热处理温度由1000℃升高至1400℃时,纤维的单丝拉伸强度由2.58GPa下降至0.94GPa,表面晶粒尺寸由97.3nm增大至184.1nm;水汽气氛下,当热处理温度由1000℃升高至1400℃时,纤维的单丝拉伸强度由2.18GPa下降至0.95GPa,表面晶粒尺寸由91.3nm增大至171.7nm。水汽气氛中的H2O分子高温下向纤维内部扩散,使纤维内部缺陷增多,导致热处理工艺参数相同时,水汽气氛下纤维的单丝拉伸强度低于空气气氛,纤维表面晶粒在水汽气氛下的生长速率小于空气气氛。

关键词：热处理环境水汽气氛 Al O 纤维力学性能微观结构

不同硼源BN界面SiC_(f)/SiC复合材料的工艺性能研究

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陶瓷学报 2022年第2期43卷 236-246页

作者：李楚星余金山王洪磊周新贵国防科技大学新型陶瓷纤维及其复合材料重点实验室湖南长沙410073

连续SiC纤维增强SiC基复合材料(SiC_(f)/SiC)具有强度高、模量高、耐高温、抗氧化等优良性能,是航空航天领域极具潜力的高温结构材料。界面相是SiC_(f)/SiC复合材料极其重要的组成部分,具有保护纤维、承受载荷、传递应力等功能,特别是B... 详细信息

连续SiC纤维增强SiC基复合材料(SiC_(f)/SiC)具有强度高、模量高、耐高温、抗氧化等优良性能,是航空航天领域极具潜力的高温结构材料。界面相是SiC_(f)/SiC复合材料极其重要的组成部分,具有保护纤维、承受载荷、传递应力等功能,特别是BN界面可有效提高SiC_(f)/SiC复合材料的力学性能。采用硼吖嗪和BCl3两种硼源,先通过化学气相沉积(CVD)工艺分别制备了BN界面层;再通过化学气相渗透(CVI)工艺沉积碳制备了SiC_(f)/C复合材料中间体;最后,通过气相渗硅工艺(VSI)制备SiC_(f)/SiC复合材料。通过红外光谱、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、纳米压痕、纳米CT等手段研究了不同硼源制备BN界面的形貌、结构及其对复合材料性能的影响,探索了VSI工艺前后复合材料性能与结构的关系。所得SiC_(f)/SiC复合材料的弯曲强度最高为294.66 MPa,其孔隙率为1.65%,断裂韧性为14.59 MPa·m^(1/2)。

关键词：化学气相沉积 BN 界面气相渗硅 SiC 复合材料

不同硼源BN界面SiC;/SiC复合材料的工艺性能研究

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陶瓷学报 2022年 236-246页

作者：李楚星余金山王洪磊周新贵国防科技大学新型陶瓷纤维及其复合材料重点实验室

连续SiC纤维增强SiC基复合材料（SiC;/SiC）具有强度高、模量高、耐高温、抗氧化等优良性能，是航空航天领域极具潜力的高温结构材料。界面相是SiC;/SiC复合材料极其重要的组成部分，具有保护纤维、承受载荷、传递应力等功能，特别是BN...

连续SiC纤维增强SiC基复合材料（SiC;/SiC）具有强度高、模量高、耐高温、抗氧化等优良性能，是航空航天领域极具潜力的高温结构材料。界面相是SiC;/SiC复合材料极其重要的组成部分，具有保护纤维、承受载荷、传递应力等功能，特别是BN界面可有效提高SiC;/SiC复合材料的力学性能。采用硼吖嗪和BCl3两种硼源，先通过化学气相沉积（CVD）工艺分别制备了BN界面层；再通过化学气相渗透（CVI）工艺沉积碳制备了SiC;/C复合材料中间体；最后，通过气相渗硅工艺（VSI）制备SiC;/SiC复合材料。通过红外光谱、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、纳米压痕、纳米CT等手段研究了不同硼源制备BN界面的形貌、结构及其对复合材料性能的影响，探索了VSI工艺前后复合材料性能与结构的关系。所得SiC;/SiC复合材料的弯曲强度最高为294.66MPa，其孔隙率为1.65%，断裂韧性为14.59 MPa·m;。

关键词：

核用钽/铌内衬SiC/SiC复合材料管件的拉伸与耐压性能

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2022年第6期32卷 1961-1968页

作者：黎畅王洪磊杨雅萍顾全超闫星亨周新贵国防科技大学空天科学学院先进陶瓷纤维及其复合材料重点实验室长沙410073

研究金属内衬的SiC/SiC复合材料管件的抗拉强度和爆炸特性等力学性能。采用铌或钽为内衬层,通过缠绕及不同的PIP工艺制备一系列SiC/SiC复合材料管件。在室温与1200℃下测量不同管件的抗拉强度,通过测量最大耐水压强度表征管件的爆炸特性... 详细信息

研究金属内衬的SiC/SiC复合材料管件的抗拉强度和爆炸特性等力学性能。采用铌或钽为内衬层,通过缠绕及不同的PIP工艺制备一系列SiC/SiC复合材料管件。在室温与1200℃下测量不同管件的抗拉强度,通过测量最大耐水压强度表征管件的爆炸特性,并利用扫描电镜观察断口显微形貌。结果发现,室温下金属内衬SiC/SiC复合材料管件的最大抗拉强度可达150.7 MPa;随着PIP周期从1增加到4,管件的爆炸性能增加,4个PIP周期的管件最大耐水压强度可达34.7 MPa。与单层结构的金属管件相比,由SiC/SiC复合材料层与金属内衬结合的管件具有更好的拉伸与耐压性能。PIP周期与热解炭涂层等不同工艺是提升金属内衬SiC/SiC复合材料管件力学性能的重要因素。然而,在1200℃时管件的抗拉强度保留率仅为18.5%。

关键词： SiC/SiC复合材料钽/铌内衬抗拉强度爆炸特性