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      自從1942年座核反應堆在美國建立，核工業已經發展了將近70年。其間核工業的發展重心從核武器轉移到了核能應用上，目前各國又開始共同研究聚變核反應堆。在這期間應用于核工業中的材料也在不斷發展，而陶瓷材料以其優異的性能被廣泛的應用于核反應堆原料、組件以及核廢料處理等各個方面。

   為了更好的了解核反應堆陶瓷材料的一些前沿熱點問題，中國粉體網編輯專訪了中科院福建物質結構研究所的周有福教授。

   周有福教授：中國科學院福建物質結構研究所 (海西研究院)研究員、課題組長、博士生導師，同時擔任中國硅酸鹽學會特種陶瓷分會理事，福建省“百人計劃”等人才項目評審專家。主要致力于納米粉體工程和陶瓷材料研發，特別是納米功能粉體、核能系統陶瓷材料以及光電透明陶瓷。在高性能結構陶瓷、高性能功能陶瓷和無機納米材料等方面取得了重要研究成果。

直接氮化法合成高質量AION陶瓷粉體

      核反應堆陶瓷材料AlON透明陶瓷綜合性能優異，被美國列為21世紀國防重點發展材料，核反應堆高溫窗口、透明裝甲等優選材料。AlON透明陶瓷具有可見—中紅外波段透過率高、機械強度優異、抗熱震性好等優點，是高溫窗口、紅外整流罩的優選材料。與單晶材料（如藍寶石）相比，AlON透明陶瓷生產成本較低、易制備大尺寸異形器件，高質量AlON透明陶瓷的制備顯得日益重要。

   周有福教授課題組采用國產原料，優化直接氮化法，較低成本合成了高純度高燒結活性AlON超細粉體，經球磨、成型、無壓燒結等工序燒制的AlON陶瓷圓片（直徑53mm），在400nm和1100nm處的直線透過率分別達77.1％和80.6%。該成果為研制更大尺寸復雜形狀AlON透明陶瓷光學部件，實現AlON透明陶瓷實用化及工程化提供了工作基礎。

   “傳統的方法是氧化鋁或氮化鋁反應，還有一個是碳還原法，氧化鋁跟碳在高溫下把氮氣還原到氧化鋁中，而碳有可能會存在潛在殘留，所以還要進行高溫除氣。碳是黑色的會影響透光性，而直接氮化法就避免了這個問題。”周教授介紹到。當然，在使用直接氮化法合成陶瓷粉體時也遇到過難題，在問及制備技術難點時，周有福教授說：“直接氮化法需要控制好反應條件，要控制好AlON的比例，一旦比例不對，陶瓷透明度就會受到影響。”這一方法申請了中國發明。

SiC陶瓷的增韌技術

   SiC陶瓷具有中子特性好、耐腐蝕、高溫強度好等性能優點，但由于其分子結構的鍵合特點，缺乏塑性變形能力，表現為脆性，嚴重地影響了其作為結構材料的應用潛力。為此，陶瓷強化增韌便成了近年來陶瓷材料研究的核心問題。

   中科院物質結構研究所針對新一代核能系統亟需關鍵技術，開展了SiC基、ZrO₂基材料增強增韌、堆芯構件精密制造等研發，在問及有關于這一增強增韌技術的進展時，周有福教授介紹說增韌技術基本就是通過微晶增韌、釘扎增韌、納米效應這三種方法來提高韌性。

“性能不是問題，問題在成本”

   陶瓷材料在核工業上的應用比較廣泛，范圍跨度大。核工業的發展中心也從核武器轉移到了核能應用上來，核反應堆陶瓷材料的應用領域不應僅是在軍事上，也應該轉移到民用來。在問到關于核反應堆陶瓷材料“軍民轉移，實現產業化”的問題時，周有福教授坦言到：“成本是問題。”

   “其實核反應堆已經是民用的了，例如核電、核能等。要實現軍民轉移，性能不是問題，問題在于成本。軍用的性能指標要求高，而到了民用反而可以相對降低一點。所以實現產業化的關鍵在成本方面。”

小      結

   周有福教授在和記者談到未來核反應堆陶瓷材料的發展時，他提到：“SiC基復合材料由于在中子特性、耐高溫方面表現出優異的性能，對更長遠的可持續發展來說它會是未來發展的一個重要方向。”核反應堆陶瓷材料其實已經應用于當下的軍事和工業中，技術和工藝也在逐漸成熟，而隨著陶瓷材料的進一步發展( 比如陶瓷基復合材料的發展)，材料性能中的一些薄弱環節像韌性差、難加工等方面也得到了改善，但陶瓷材料仍然還有許多問題需要解決，性能需要進一步提高。