（中國粉體技術(shù)網(wǎng)/文龍）碳材料具有輕質(zhì)、高韌性、高比強(qiáng)度、高模量、高穩(wěn)定性、耐腐蝕性強(qiáng)、無毒等優(yōu)異性能，已成為重要的結(jié)構(gòu)和功能材料。 和生物醫(yī)用材料，在航空、航天、工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。 碳材料由于具有較低的熱膨脹系數(shù)、優(yōu)良的抗熱震性能和較低的中子活化性能，已成為核反應(yīng)堆中重要的慢化材料。 高純石墨是核反應(yīng)堆優(yōu)良的中子減速材料。 其減速比僅次于重水。 它成本低廉并且可以利用天然U。 通常，核反應(yīng)堆使用的碳石墨材料稱為核反應(yīng)堆石墨，簡稱核石墨。

核石墨是一種石墨化程度較高的多晶材料。 對(duì)純度也有很高的要求，就是為了防止熱中子吸附在慢化劑塊上。 它還具有各向同性，這使得它在高中子輻射條件下在三維空間中保持一定的穩(wěn)定性。 核石墨材料可用于制造熱結(jié)構(gòu)部件，如支撐柱、熱氣管道、燃料元件等。各向同性碳石墨材料還可用于制造石墨球、芯材、電極等核石墨制品。

1、高溫氣冷堆石墨芯材

高溫氣冷堆的石墨堆芯材料暴露在極端的環(huán)境條件下，需要承受中子輻射、高溫（大約）以及Pb-Bi共晶合金系統(tǒng)冷卻劑的腐蝕環(huán)境。 高溫氣冷堆的內(nèi)部堆芯材料由BeO慢化器塊、反射器塊、石墨燃料管和石墨反射器塊組成。

這類石墨芯材一般需要進(jìn)行核輻射實(shí)驗(yàn)。 它具有高強(qiáng)度、低脆性、良好的各向異性、高導(dǎo)熱性。 高溫氣冷堆用石墨芯材一般可采用熱等靜壓技術(shù)、擠壓技術(shù)、振動(dòng)成型技術(shù)制備。 可加工拋光成各種產(chǎn)品，要求加工精度高，并保證其純度。

2、高溫氣冷反應(yīng)堆用石墨反光塊

高溫氣冷反應(yīng)堆由菱形 BeO 慢化劑塊組成。 每個(gè)慢化塊的中心包含一根核燃料石墨管。 核燃料被1層SiC和3層熱解碳緩沖層包裹。 3層熱解炭層分別發(fā)揮各自的作用。 具有吸附、屏蔽、化學(xué)防護(hù)等功能，燃料箱內(nèi)填充石墨粉。 它與石墨慢化材料一起組裝成裝有核燃料的石墨管（圖 1）。 它與 BeO 一起形成菱形 BeO 慢化塊。

石墨反射塊是高溫氣冷堆的重要組成部分。 它圍繞 BeO 慢化劑塊，形成高溫氣冷反應(yīng)堆的核心。 石墨反射塊形狀不規(guī)則，長約1.15m。 石墨燃料管是一根1.4m長的圓柱形管，內(nèi)含12個(gè)燃料箱，直徑為0.010m，長度為1.05m。

圖1 高溫反應(yīng)堆堆芯碳石墨慢化反射材料示意圖

3、支撐柱、熱氣管道、燃料元件等熱結(jié)構(gòu)部件

碳/碳復(fù)合材料是核石墨材料中非常重要的一類。 它們可以制成各種形狀的產(chǎn)品（圖2），主要用作高溫反應(yīng)堆的熱結(jié)構(gòu)部件。 作為結(jié)構(gòu)材料，碳/碳復(fù)合材料可用于高溫反應(yīng)堆內(nèi)部，以在高溫條件下提供高強(qiáng)度。 碳/碳復(fù)合材料還可以制成熱氣管道，插入出口管作為排放管，大大提高其工作溫度，從而使出口溫度遠(yuǎn)高于金屬管道內(nèi)襯的極限。

圖2 核反應(yīng)堆用碳/碳復(fù)合材料示意圖

碳/碳復(fù)合材料具有耐高溫、氣體穩(wěn)定性好、耐摩擦等優(yōu)異性能。 在核反應(yīng)堆中，還可用作支撐柱、燃料元件等熱結(jié)構(gòu)部件。

4、高溫氣冷球形反應(yīng)堆用石墨球

高溫氣冷堆球形反應(yīng)堆的堆芯不僅采用核燃料球，還含有不含核燃料的石墨球。 高溫氣冷球形反應(yīng)堆使用的石墨球需要足夠大的尺寸和重量，并且必須耐高溫和耐摩擦，以及精密加工和可靠的質(zhì)量保證。

5、高溫氣冷堆用電極石墨粉

高溫氣冷堆用電極石墨粉是高溫氣冷堆燃料基體中不可缺少的組成部分。 其質(zhì)量要求非常高，需要進(jìn)行一系列的質(zhì)量檢驗(yàn)。

大多數(shù)核石墨需要在2800~3000攝氏度左右進(jìn)行高溫石墨化處理，以提高其石墨化程度，保證核石墨塊在中子輻射下的穩(wěn)定性。 對(duì)于采用熱等靜壓技術(shù)和振動(dòng)成型制備的各向同性石墨材料和核石墨塊，高溫石墨化處理是必不可少的。 為了防止各向同性碳制品在石墨化過程中產(chǎn)生裂紋，可在混合物中添加15%-20%的同牌號(hào)石墨粉。 即使在碳/碳復(fù)合材料的制備過程中，也可以添加石墨粉。 這些石墨粉可以作為微晶促進(jìn)石墨化過程，使產(chǎn)品更容易實(shí)現(xiàn)石墨化。 同時(shí)，它們可以降低石墨化所需的熱處理溫度，更加節(jié)能。

六，結(jié)論

核能作為清潔能源，歷來受到各國高度重視，核電站已成為解決能源問題的重要途徑。 作為核電站建設(shè)中的重要材料，核石墨材料因其熱膨脹系數(shù)低、抗熱震性能好、中子活化性能低等優(yōu)異性能而得到越來越多的應(yīng)用，成為核電站重要的結(jié)構(gòu)和功能材料。核電站的建設(shè)。 可以預(yù)見，隨著核石墨材料開發(fā)研究的不斷深入，它將在核電站建設(shè)中發(fā)揮越來越重要的作用。