粉末冶金原子能材料

指用於核反應堆的粉末冶金材料。 (2)中子控制材料和禁止材料。 (3)中子減速材料和反射材料。

粉末冶金原子能材料(powder metallurgy atomic reactor material)
指用於核反應堆的粉末冶金材料。主要有：核燃料、中子控制材料和禁止材料、中子減速材料和反射材料、包套材料和軸承等。
(1)核燃料。金屬釷由於其熔點高，通常是用粉末冶金法生產的。金屬鈾雖然可以用熔鑄法生產，但用粉末冶金法節約金屬、減少工序、元件尺寸精確、晶粒均勻，且可製得一定孔隙度的產品，有利於裂變產生氣體的貯存，因此也常用粉末冶金法生產。從充分利用能量240和提高熱電轉換率出發，反應堆向高溫型發展，同時因燃耗時鈾不穩定，所以陶瓷燃料元件得到廣泛的套用。陶瓷元件具有熔點高、高溫強度高、物理化學性能穩定、導熱性和抗腐蝕性優良、與多種金屬包套高溫共容等優點。最常用的是UO2、UC、ThO2等。為避免因輻照損傷而縮短元件的使用壽命，常製成“畫框”式彌散型燃料元件。“畫框”芯是陶瓷燃料彌散體，“畫框”周圍和兩面的蓋板為純鋁或不鏽鋼等材料。“畫框”元件已用於極高溫度氣冷反應堆、熱離子轉換反應堆、核子火箭自備電源和動力裝置等。
(2)中子控制材料和禁止材料。最常見的有金屬鋯、硼不鏽鋼、銀-銦-鎘、碳化硼、稀土氧化物金屬陶瓷等。其中後兩種材料總是用粉末冶金法生產的。碳化硼中子俘獲截面高，控制能譜範圍寬，輻照損傷小，密度低，抗腐蝕，所以是廣泛套用的控制材料和禁止材料。碳化硼除單獨使用外，還可以製成複合材料或金屬陶瓷，如B4C-Al203、B4C-BN、B4C-Al、B4-Cu、B4C—Ni等。Eu2O3-不鏽鋼或鈦，氧化釓、氧化釤或鈦酸銪的不鏽鋼彌散體，都是重要的控制材料。銀-銦-鎘，雖然傳統上是用熔鑄-加工法生產的，但用粉末冶金法(熱壓和擠壓)可以提高強度。
(3)中子減速材料和反射材料。在所有金屬中，鈹的中子吸收截面最小，同時彈性模量高、密度低、抗腐蝕性好，所以鈹和氧化鈹是重要的減速和反射材料。通常用冷壓一燒結、松裝燒結和熱壓工藝製得。主要缺點是鈹的粉塵有毒、加工困難、價格較貴。除鈹和BeO外，ZrH2在許多反應堆中也得到了套用。
(4)包套材料和軸承材料。常用的包套材料有鋁、鎂、鈹和鋯等。鋁密度小，易於加工，但使用溫度受到限制，因此SAP(燒結鋁粉)(見粉末冶金彌散強化材料)變成了重要的包套材料之一。SAP在CO2中的使用溫度達600C，超過不鏽鋼和Zr-2合金(使用溫度分別為500℃和450℃)。鈹一般也用粉末冶金法製造。鋯也可用粉末冶金法製得。B4C、Al203、WC、TaC等化合物，以及以上述化合物為基的金屬陶瓷是控制棒傳動系統和主旋轉泵一次迴路中常用的軸承材料。