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核能材料工程实验室参加第12届国际能源与环境用陶瓷材料与器件研讨会
作者:,日期:2018-08-09

  7月22日至27日,由美国陶瓷学会组织、新加坡工程研究所和新加坡国立大学承办的第12届国际能源与环境用陶瓷材料与器件研讨会(International Conference on Ceramic Materials and Components for Energy and Environmental Applications, CMCEE2018)在新加坡召开。会议主题为“Ceramic Technologies for Sustainable Development”,设置了36个分会专题,涵盖了陶瓷材料及其器件应用的全过程,包括先进陶瓷材料的制备、成型、烧结、加工以及评价技术与科学等。会议吸引了来自世界46个国家,近800名基础研究与工程技术人员参会。

  中国科学院宁波材料技术与工程研究所核能材料工程实验室研究人员周小兵参加了此次会议,并在陶瓷连接技术在能源与环境中的应用分会场作了题为“Joining of SiC with an in-situ reaction gradient layer using electric field-assisted sintering technology”的报告。在报告中,他向国际同行汇报了核能用碳化硅陶瓷连接层材料的设计方法,采用原位反应的方法,实现了全碳化物梯度层(TiC/Ti3SiC2)连接碳化硅陶瓷。同时,该连接层材料的设计方法,成功应用于Cf/C复合材料的连接中。利用C与Ti3SiC2的原位反应,在1200℃的低温下,实现了Cf/C复合材料的全碳化物梯度连接。该原位反应梯度连接层有效解决了碳化硅及其复合材料连接过程中,连接层材料与基体碳化硅之间的残余应力问题,大大提高了连接结构的可靠性。核能材料工程实验室合作伙伴斯洛伐克科学院的Peter Tatarko博士作了题为“Field Assisted Joining of Monolithic CVD-SiC Materials and Ceramic Matrix Composites”的邀请报告,阐述了电场辅助固相扩散法连接碳化硅及其复合材料的新进展,并提出了闪烁连接Cf/SiC复合材料的概念,在7s内实现了Cf/SiC的连接,并且剪切强度可达31.4MPa。来自意大利国家研究委员会的FabrizioValenza博士和德国弗劳恩霍夫陶瓷技术研究所的Sven Roszeitis博士则介绍了他们在碳化硅陶瓷钎焊技术方面取得的最新进展,他们主要采用Ti-Al合金为连接层材料,通过高温原位反应,实现碳化硅的可靠连接。意大利都灵理工大学(Politecnico di Torino, Italy)的Valentina Casalegno教授则与大家分享了他们在玻璃陶瓷(glass-ceramic)连接碳化硅及其复合材料方面的深厚积累,以及碳化硅陶瓷连接结构强度标准测试方法。都灵理工大学在碳化硅陶瓷及其复合材料连接技术研究方面处于世界领先地位,他们为核能用碳化硅陶瓷的发展做出了突出贡献,特别是在连接层结构强度的测试方法研究方面,开发了多种测试手段,为世界同行提供了参考。哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室林铁松博士重点介绍了他们在碳化锆(非化学计量比)陶瓷连接层材料设计及连接方面取得的最新进展。他们通过非化学计量比碳化锆的组分调控,在界面设计C空位,为界面Ti的原位反应与固溶提供通道,实现了碳化锆陶瓷的可靠连接。

  会中及会后,核能材料工程实验室研究人员与聚焦碳化硅陶瓷连接技术的国际同行进行了深入的交流。大家就连接层材料设计方法、连接方法、连接结构的测试标准方法、以及模拟服役环境性能评估方法等关键问题进行了深入讨论。

  核能材料工程实验室人员还重点关注了碳化硅及其复合材料、超高温陶瓷(ZrB2,ZrC等)、氮化硅陶瓷、MAX相陶瓷等方面的最新进展。总体来说,高温熔融盐法在制备超高温陶瓷粉体(如ZrB2)方面具有明显优势,武汉科技大学张少伟与张海军教授课题组在此领域开展了大量创新性工作,在1200℃的低温下合成了ZrB2-SiC复合粉体。河南科技大学周爱国教授利用熔盐法在1400℃的低温下合成了高纯V2AlC MAX相。从反应机制上讲,高温熔融盐为反应原料在液态环境中提供了在原子级别的混合,促进了物质扩散与反应。同时,反应原料在熔盐中具有一定的溶解,在高温反应过程中,通过不断的溶解-析出,可获得高纯目标相。对于碳化硅、碳化锆、氮化硅等陶瓷材料的烧结,反应烧结法展现出了一定的优势,韩国首尔大学、韩国材料科学研究所、中国上海硅酸盐研究所,以及欧美等诸多研究机构都开展了相关研究。

  通过此次会议,核能材料工程实验室研究人员与国际同行交流了碳化硅及其复合材料连接的关键科学与技术问题,探讨了连接结构在模拟服役环境下的表征手段,并与合作伙伴斯洛伐克科学院Peter Tatarko博士达成了碳化硅连接结构高温力学性能以及抗热震性能研究方面的合作。

 

  (核能材料工程实验室 周小兵)