面向压水堆稳压器应用的8YSZ陶瓷热物理和力学性能研究

范武刚; 周响; 赵冠楠; 李玲; 曹雄; 张兆泉

doi:10.13957/j.cnki.tcxb.2025.02.006

陶瓷学报 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (02) : 285 -292. DOI: 10.13957/j.cnki.tcxb.2025.02.006

面向压水堆稳压器应用的8YSZ陶瓷热物理和力学性能研究

范武刚, 周响, 赵冠楠, 李玲, 曹雄, 张兆泉

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摘要

基于压水堆内置稳压器对固有安全性隔热材料的需求，通过煅烧处理商业粉体结合砂磨方法，制备致密度大于96%的8 mol%Y₂O₃掺杂的ZrO₂ （8YSZ）致密陶瓷。系统考察了8YSZ陶瓷的热物理性能包括高温稳定性、热导率、热膨胀系数、抗热老化及抗热震性能等，并研究了其压缩强度、抗弯强度、硬度，断裂韧性、弹性模量及泊松比等力学指标。采用闪光法测得的8YSZ陶瓷热导率数值与温度的相关性较小，约为1.9 W·m^-1·K^-1。室温到360℃线性热膨胀系数为9.3×10^-6 K^-1。在360℃、450℃、550℃温度下进行100 h至1000 h的热老化验证8YSZ立方相的稳定性。室温至800℃间热震试验后8YSZ结构仍保持完整，具有较好的抗热震性能。发现所制备的8YSZ陶瓷在350℃的压缩强度达到1.2 GPa，约为室温数值的2倍。泊松比和弹性模量分别为0.285和164.9 GPa，硬度及断裂韧性等结果与文献报道结果接近，而且评价可靠性的韦伯模数达到16.03。这些结果表明8YSZ陶瓷作为内置稳压器隔热材料具有良好的应用前景。