2026-09-16
Блоки карбида бора (B4C) как ключевой материал в области атомной энергетики и производства высокотехнологичного оборудования широко используются в основных компонентах, таких как защитные и поглощающие блоки, футеровка высокотемпературных печей и механические уплотнения в атомной энергетике, благодаря их чрезвычайно высокой твердости, превосходной ударопрочности и превосходной способности поглощать нейтроны. Однако в экстремальных условиях эксплуатации применение материалов из карбида бора по-прежнему сталкивается со многими техническими проблемами. Недавно компания Shimian Person Technology Abrasives Co., Ltd. (далее именуемая «Person Technology») опубликовала систематический анализ технических проблем и комплексные решения для решения проблем с отказами, которые могут возникнуть в блоках из карбида бора в практическом применении, что еще больше укрепляет надежность отечественных высококачественных материалов из карбида бора.
Устранение болевых точек приложения: три основных режима сбоя в экстремальных условиях работы
По мнению технической группы Berson Technology, хотя блоки карбида бора имеют плотную структуру с плотностью ≥2,4 г/см³, в основном они сталкиваются со следующими тремя основными техническими узкими местами при длительной эксплуатации:
Одним из них является радиационное распухание и коррозионное растрескивание под напряжением в ядерных реакторах. В процессе работы реактора нейтронное облучение порошка карбида бора приводит к образованию гелия и точечных дефектов, вызывающих набухание материала. В сочетании с растягивающим напряжением, возникающим при уплотнении порошка, легко вызвать коррозионное растрескивание под напряжением (SCC) в плакировке из нержавеющей стали. Как только локальное выгорание бора-10 превысит 50% и трещины проникнут в оболочку, проникновение теплоносителя приведет к потере бора, что напрямую ослабит способность стержня управления отключаться.
Во-вторых, плавление и окисление эвтектики при тяжелых авариях. В экстремальных аварийных условиях сверхвысокой температуры и отсутствия пара карбид бора вступает в эвтектическую реакцию с оболочкой из нержавеющей стали, образуя расплав с низкой температурой плавления и вызывая повреждение оболочки. В дальнейшем карбид бора окисляется с образованием оксида бора и газа, что не только приводит к потере способности поглощать нейтроны, но и образует прочную, богатую хромом твердофазную пробку карбида бора при смешивании с расплавом нержавеющей стали, что значительно увеличивает сложность последующего вывода из эксплуатации.
В-третьих, срок службы ограничен из-за высокой хрупкости и сложности обработки. Присущая карбиду бора высокая твердость и хрупкость делают его склонным к фрагментации при сильном термическом ударе или механическом воздействии. В то же время традиционный карбид бора трудно поддается сложной электрической обработке, что ограничивает его структурную оптимизацию в таких компонентах, как прецизионные механические уплотнения.
Способ переломить ситуацию: многомерные технологические инновации способствуют обновлению материалов
В ответ на вышеупомянутые болевые точки отрасли компания Person Technology предложила ряд эффективных решений, основанных на ее глубоких накопленных исследованиях и разработках:
Что касается радиационной стойкости и устойчивости к высоким температурам, компания оптимизировала процессы карботермического восстановления и измельчения в потоке воздуха для получения мелкодисперсного порошка карбида бора микронного размера с высокой химической дозой, а также применяет передовые процессы уплотняющего спекания, чтобы гарантировать, что основные блоки сохраняют чрезвычайно высокую радиационную стабильность при экстремальных потоках нейтронов, таких как быстрые реакторы. В то же время введен механизм высокотемпературной стабилизации керамики на основе SiBCN и значительно улучшены ее характеристики образования стабильной фазы за счет кристаллизации в среде выше 1500°C. Устойчивость к термическому удару и стойкость к абляции материала значительно улучшаются, а риск плавления эвтектики эффективно снижается.
Что касается прорыва в механических свойствах и технологичности, компания Person Technology внедрила фазу проводящей сетки (такую как ScB2C2) in situ в матрицу карбида бора. Это нововведение не только более чем вдвое увеличивает вязкость разрушения материала за счет поля остаточных напряжений и когерентного интерфейса на атомном уровне, создаваемого несоответствием теплового расширения, обеспечивая эффективное отклонение и перекрытие трещин; он также придает материалу характеристики преобразования полупроводник-проводник, открывает возможности электроэрозионной обработки (EDM) сложных геометрических форм и значительно повышает производительность и срок службы прецизионных компонентов.
Что касается усиления микроструктуры, за счет введения устойчивых к травлению межзеренных фаз (таких как Y3Al5O12, легированных редкоземельными элементами) на границах зерен, эффект искажения решетки твердого раствора используется для эффективного подавления эрозии и возникновения микротрещин на границах зерен, а также значительно повышает химическую стабильность и механические свойства блоков карбида бора в экстремальных условиях, таких как плазменное травление.
Глубоко развивать высокотехнологичное производство и создавать надежную линию защиты от ядерной безопасности.
Компания Person Technology, являющаяся технологическим малым и средним предприятием, интегрирующим производство и продажу карбида бора, всегда считает качество продукции и технологические инновации своим спасательным кругом. Соответствующий руководитель компании сказал: «Эффективность блоков из карбида бора напрямую связана с безопасной эксплуатацией ядерных установок и сроком службы высококлассного оборудования. Мы продолжим углубляться в область новых материалов из карбида бора и посредством непрерывной итерации процессов и оптимизации формул будем предоставлять клиентам индивидуальные решения из карбида бора с более высокой чистотой, более высокой плотностью и более высокой прочностью, а также помогать независимому, контролируемому и высококачественному развитию атомной промышленности моей страны и высокотехнологичному производству».
В будущем Person Technology продолжит использовать свои профессиональные преимущества в области абразивов и специальной керамики, внедрять инновации с помощью технологий и предоставлять более безопасные и надежные основные компоненты из карбида бора для клиентов по всему миру.
