碳纳米管增强UO₂燃料力学性能研究

来源期刊：材料导报2020年第S1期

论文作者：吴学志 尹邦跃 郑新海

文章页码：153 - 156

关键词：二氧化铀;碳纳米管;复合燃料;弯曲强度;压缩强度;硬度;

摘    要：利用粉末冶金法制备碳纳米管（CNTs）增强二氧化铀（UO₂）复合燃料芯块,研究了复合燃料的弯曲强度、压缩强度和硬度等力学性能,分析了CNTs掺杂量和长径比（L/D）对复合燃料力学性能的影响规律,探讨了CNTs的增强机理。结果表明:随CNTs掺杂量的增加,UO₂-CNTs复合燃料的弯曲强度、压缩强度和硬度都有所提高,当掺杂CNTs体积含量为12%时,复合燃料的弯曲强度、压缩强度和硬度达到峰值,分别提高约45.65%、37.01%和19.61%,当掺杂CNTs体积含量超过12%后,复合燃料的力学性能增加呈下降趋势;掺杂不同L/D的CNTs对复合燃料力学性能影响不同,当掺杂CNTs的L/D为9×10³时,复合燃料的弯曲强度、压缩强度和硬度提高最大,分别提高约57.61%、54.32%和34.87%。SEM分析表明,掺杂适合体积含量和L/D的CNTs是影响复合燃料力学性能的关键因素,否则会导致CNTs在UO₂基体中团聚,不利于燃料力学性能的提高;CNTs对UO₂燃料力学性能的强化源于外部载荷从UO₂基体向CNTs的转移过渡,通过纤维桥联、纤维拔出吸收断裂功,改变裂纹行为等方式来实现。