陶瓷材料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及ZrB2陶瓷材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種溶解ZrB2陶瓷材料的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 硼化鋯（ZrB2)是一種超高溫陶瓷，具有高熔點(diǎn)、高硬度、較高的電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率、 良好的抗氧化燒蝕性能等特點(diǎn)，以及元素 kiB具有較高的中子吸收能力，中子俘獲截面高， 俘獲能譜寬，熱截面高達(dá)347 X KT24Cm2(僅次于于釓、釤、鎘等少數(shù)幾種元素)，使得其在高溫 結(jié)構(gòu)材料、復(fù)合材料、耐火材料、核控制材料等諸多領(lǐng)域內(nèi)得到廣泛開發(fā)和應(yīng)用。
[0003] 然而，我國硼資源比較匱乏，儲量僅占世界資源量的11. 7%，可利用及易于加工的 硼鎂礦（白硼)僅占國內(nèi)儲量的6. 7%，而kiB僅占其中的19. 78%，所以回收殘次及使用后的硼 化鋯，從而實(shí)現(xiàn)再利用其中高價值的kiB顯得尤為重要。
[0004] 例如，近年來，為了應(yīng)對能源危機(jī)，我國大力發(fā)展核電技術(shù)，核燃料是其中的重點(diǎn) 元件之一。為了提高核燃料的利用率，往往在核燃料元件表面覆蓋ZrB2薄膜，該ZrB2薄膜起 核控制材料的作用，其中的硼元素以kiB形式存在。當(dāng)核燃料元件進(jìn)入反應(yīng)堆后，kiB可以通 過吸收熱中子來調(diào)節(jié)反應(yīng)堆的反應(yīng)性，從而達(dá)到提高核燃料的利用率、降低核電成本、延長 核燃料元件更換周期的目的。例如，在浙江三門和山東海陽建設(shè)的第三代核電機(jī)組AP1000 反應(yīng)堆中所使用的核燃料即為一體化可燃毒物（Integral-Fuel-Burnable-Absorber，簡稱 IFBA)，IFBA是指在核燃料UO2芯塊的表面覆蓋一層ZrB2薄膜。因此，為確保該AP1000機(jī) 組的持續(xù)可靠運(yùn)行，必須保證kiB源的供給。
[0005] 目前，回收ZrB2最直接的方法就是將殘次及剩余ZrB2塊材機(jī)械粉碎，再重新成型， 然而利用這種方法得到的ZrB2粉末燒結(jié)活性低，難以成型，同時粉碎過程中也耗費(fèi)大量能 量。另一種方法是將殘次及剩余ZrB2塊材還原為含Zr和B的原料，然后再成型，其中原料 還原可以采用化學(xué)溶解法，即：使用化學(xué)試劑將ZrB2溶解，形成Zr、B離子，然后利用萃取法 或者吸附法分離其中的kiB離子。
[0006] 但是，由于ZrB2具有高化學(xué)穩(wěn)定性，目前還難以找到一種能夠溶解ZrB 2的化學(xué)試 劑。例如，我們在前期實(shí)驗(yàn)中分別采用濃硫酸（~98wt. %)、濃鹽酸（~37wt. %)、濃硝酸（~ 65wt. %)、濃氫氟酸（~40wt. %)、王水浸泡，甚至在王水中加熱至200°C后微波消解，也均未 能使ZrB2粉末完全溶解。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的技術(shù)目的是針對上述技術(shù)現(xiàn)狀，提供一種快速溶解ZrB2陶瓷材料的新方 法，該方法具有簡單易行、安全可控等優(yōu)點(diǎn)。
[0008] 為了實(shí)現(xiàn)該技術(shù)目的，本發(fā)明人進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)探索，發(fā)現(xiàn)當(dāng)采用電解技術(shù)，將 ZrB2陶瓷材料作為陽極，惰性電極或者耐電解液腐蝕電極作為陰極，電解液選用氫氟酸溶 液，進(jìn)行通電電解時，ZrB2陶瓷材料在電解過程中失去電子成為離子形態(tài)進(jìn)入電解液，即該 ZrB2陶瓷材料發(fā)生了溶解。
[0009] 為此，本發(fā)明人提出了一種利用電解技術(shù)溶解ZrB2陶瓷材料的方法，具體如下：
[0010] 將ZrB2陶瓷材料作為陽極，惰性電極或者耐電解液腐蝕電極作為陰極，電解液選 用氫氟酸溶液，進(jìn)行通電電解，ZrB2陶瓷材料在電解過程中發(fā)生溶解。
[0011] 所述的ZrB2陶瓷材料可以是純相ZrB2，也可以是ZrB2基的復(fù)合相陶瓷，其復(fù)合相 可以是51(：、11(：、41203、1、嫩乂相中的一種或兩種及兩種以上的組合。
[0012] 所述的ZrB2陶瓷材料形式不限，可以是塊體材料，也可以是位于其他基體表面的 ZrB2相涂層或者薄膜材料。
[0013] 所述的陰極可以是鉬、石墨或者玻璃碳惰性電極，也可以是耐電解液腐蝕的金屬、 合金電極，如鎳、鑰、不銹鋼等。
[0014] 所述的電解液為氫氟酸溶液，包括但不限于氫氟酸的水溶液，氫氟酸與鹽酸、硫 酸、氟鹽中的一種或兩種及兩種以上的混合溶液。當(dāng)電解液為氫氟酸的水溶液時，氫氟酸質(zhì) 量百分比濃度優(yōu)選為1~50%。
[0015] 所述的電解池能夠根據(jù)電解液的種類提供電壓（電流)，以使陽極ZrB2陶瓷材料溶 解，其具體結(jié)構(gòu)等形式不限。
[0016] 所述的電解時間由ZrB2陶瓷材料的體積、電流強(qiáng)度和電解效果決定，一般為1~ 10小時。
[0017] 綜上所述，本發(fā)明提供了一種溶解ZrB2陶瓷材料的方法，該方法具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0018] (1)簡單易行，無需復(fù)雜設(shè)備，只需要能夠提供電壓（電流）的電解池，以使陽極 ZrB2陶瓷材料進(jìn)行溶解；
[0019] ( 2 )溶解速度快，通過調(diào)節(jié)電壓（電流）大小、電解液濃度等能夠在較短的時間內(nèi)實(shí) 現(xiàn)ZrB2陶瓷材料的完全溶解；
[0020] (3)經(jīng)濟(jì)環(huán)保，只需要少量電解液就可以完成大量ZrB2陶瓷材料的溶解，極大減少 了化學(xué)試劑廢液的產(chǎn)生；
[0021] (4)安全可控，通過調(diào)節(jié)電壓（電流）大小，能夠有效控制ZrB2陶瓷材料的溶解過 程；
[0022] 因此，當(dāng)ZrB2陶瓷材料作為包殼材料包覆在基體表面形成芯殼結(jié)構(gòu)，或者當(dāng)ZrB 2陶瓷材料位于基體材料表面形成覆蓋層時，均可以利用該方法使ZrB2陶瓷材料與基體進(jìn)行 分離，從而一方面凈化基體，另一方面回收再利用ZrB2陶瓷材料，在復(fù)合材料、耐火材料、核 控制材料等諸多領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0023] 圖1是本發(fā)明快速溶解ZrB2陶瓷材料的方法示意圖；
[0024] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例1-3中的ZrB2塊體在電解前的表面掃描電鏡照片；
[0025] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例1中的ZrB2塊體在lwt. %HF-lwt. %HC1溶液中經(jīng)5小時電解 后的低倍表面掃描電鏡照片；
[0026] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例1中的ZrB2塊體在lwt. %HF-lwt. %HC1溶液中經(jīng)5小時電解 后的高倍表面掃描電鏡照片；
[0027] 圖5是本發(fā)明實(shí)施例2中的ZrB2塊體在3wt. %HF-lwt. %HC1溶液中經(jīng)1小時電解 后的表面掃描電鏡照片；
[0028] 圖6是本發(fā)明實(shí)施例3中的ZrB2塊體在3wt. %HF-lwt. %HC1溶液中經(jīng)1小時電解 后的表面掃描電鏡照片。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 下面結(jié)合附圖實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述，需要指出的是，以下所述實(shí)施 例旨在便于對本發(fā)明的理解，而對其不起任何限定作用。
[0030] 圖1中的附圖標(biāo)記為：E-電源；A-電流表；V-電壓表；R-大電阻；CE-對電極； WE-工作電極；RE-參比電極。
[0031] 實(shí)施例1 :
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