（中國粉體技術(shù)網(wǎng)/文龍）炭材料具有質(zhì)量輕、韌性高、比強高、模量高、穩定性高、耐腐蝕性強、無(wú)毒等優(yōu)異性能，成為重要的結構材料、功能材料和生物醫用材料，在航空、航天、工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域有著(zhù)廣泛的應用前景。因為低熱膨脹系數、優(yōu)異的抗熱沖擊性、低中子活化性能，炭材料成為核反應堆中重要的慢化材料。而高純石墨是核反應堆優(yōu)異的中子減速材料，其減速比僅次于重水，成本低且能使天然U被利用。通常，將用于核反應堆的炭石墨材料稱(chēng)為核反應堆石墨，簡(jiǎn)稱(chēng)核石墨。
核石墨是多晶材料，石墨化度高。它對純度的要求也很高，這是為了防止熱中子吸附在慢化塊上，它還具有各向同性，可以使其在高中子輻射條件下，能夠在三維空間保持一定的穩定性。核石墨材料可以用來(lái)制作熱結構部件，如：支承柱、熱氣導管、燃料元件等。各向同性炭石墨材料也可用于制造石墨球、堆芯材料、電極等核石墨產(chǎn)品。
1. 高溫氣冷堆用石墨堆芯材料
高溫氣冷堆石墨堆芯材料暴露在極端環(huán)境條件下，需要承受中子輻射、高溫（大約1273K），以及Pb-Bi共熔合金體系冷卻劑的腐蝕環(huán)境。高溫氣冷堆內部堆芯材料由BeO慢化塊、反射塊、石墨燃料管及石墨反射塊組成。
這類(lèi)石墨堆芯材料一般需要經(jīng)過(guò)核輻射實(shí)驗，它具有高強度、脆性小、良好的各向異性，同時(shí)還具有很高的熱導性能。通常，高溫氣冷堆用石墨堆芯材料可采用熱等靜壓技術(shù)擠壓、振動(dòng)成型技術(shù)進(jìn)行制備?？梢约庸?、拋光制成各種制品，要求加工精度高，以并保證其純度。
2. 高溫氣冷堆用石墨反射塊
高溫氣冷堆是由菱形BeO慢化塊組成，每個(gè)慢化塊中心包含核燃料的石墨管，核燃料包裹在1層SiC和3層熱解炭緩沖層內，3個(gè)熱解炭層分別起到吸附、屏蔽和化學(xué)保護等功能，與石墨粉裝在燃料盒中，與石墨慢化材料一起，組裝成包含核燃料的石墨管（圖1），與BeO一起，構成菱形BeO慢化塊。
石墨反射塊是高溫氣冷堆的重要組成部分，它圍繞在BeO慢化塊周?chē)?，構成高溫氣冷堆核部。石墨反射塊形狀不規則，約1.15m長(cháng)，石墨燃料管是1.4m長(cháng)的圓柱形管，內有12個(gè)直徑0.010m、長(cháng)1.05m的燃料盒。
圖1 高溫反應堆核部的炭石墨慢化、反射材料示意圖
炭/炭復合材料是核石墨材料中很重要的一類(lèi)，它可制成各種形狀的制品（圖2），主要用作高溫反應堆用熱結構部件。作為結構材料，炭/炭復合材料可用在高溫反應堆的內部，主要提供其高溫條件下的高強度。炭/炭復合材料也可制成熱氣導管，插在出口管上，作卸料管，大幅度提高了其使用溫度，這樣就允許出口溫度遠高于金屬管襯的極限。
圖2 核反應堆用炭/炭復合材料示意圖 炭/炭復合材料具有耐高溫、氣固性好、耐摩擦等優(yōu)異性能。在核反應堆中，還可用作支承柱、燃料元件等熱結構部件。
4. 高溫氣冷堆球狀反應堆用石墨球
高溫氣冷堆球狀反應堆核部，除了使用核燃料球外，也包含不含核燃料的石墨球。高溫氣冷堆球狀反應堆用石墨球需要有足夠大的尺寸和重量，同時(shí)需要耐高溫耐磨擦，需要精密加工和可靠的質(zhì)量保障。
5. 高溫氣冷堆用電極石墨粉
高溫氣冷堆用電極石墨粉是高溫氣冷堆的燃料基質(zhì)不可缺少的組成部分，對其質(zhì)量要求很高，需要進(jìn)行一系列的質(zhì)量檢測。
大多數核石墨需要在2800至3000攝氏度左右進(jìn)行高溫石墨化處理，以提高其石墨化度，保證核石墨塊體在中子輻射中的穩定性。對于采用熱等靜壓工藝技術(shù)和振動(dòng)成型制備的各向同性石墨材料和核石墨塊，高溫石墨化處理必不可少。為了防止各向同性炭制品在石墨化過(guò)程中開(kāi)裂，可以在混合料中加入同牌號15%-20%的石墨粉末。即使是在炭/炭復合材料的制備過(guò)程中，也可以填加石墨粉末。這些石墨粉末可以起到雛晶作用，以促進(jìn)石墨化過(guò)程，使制品容易實(shí)現石墨化，同時(shí)使石墨化需要的熱處理溫度降低，比較節約能源。
6. 結語(yǔ)
作為清潔能源的核能一直以來(lái)都受到各國的高度重視，核電站成為解決能源問(wèn)題的重要途徑。作為核電站建設的重要材料，核石墨材料由于其熱膨脹系數低、抗熱沖擊性好、中子活化性能低等優(yōu)異的性能，越來(lái)越多的得到應用，成為核電站建設的重要結構和功能材料?？梢灶A見(jiàn)，隨著(zhù)核石墨材料的開(kāi)發(fā)和研制的不斷深入，它必將在核電站建設中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。
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