论文部分内容阅读
随着能源危机的日益加重，基于清洁、低能耗的优势，核能成为替代生物质能源的最具潜力的能源之一。然而，一座百万千瓦级别的核电站每年都会产生25吨左右的乏燃料，这些乏燃料仍然具有较强的中子辐射，对周围的环境和人类生活造成严重的辐射污染。本研究设计了一种Gd2O3/6061Al新型中子屏蔽材料，并对其相应的性能展开了具体的研究。
本研究旨在通过MCNP程序和放电等离子烧结+热轧制的方法设计和制备一种Gd2O3/6061Al中子屏蔽材料，并对材料的微观组织、物相组成、轧制过程中的微观组织演变、增强机制、力学性能及热中子屏蔽性能进行具体的研究；并且，对材料微观组织-力学性能的卷积神经网络模型的建立进行研究和探讨。本课题的主要研究结果如下：
MCNP模拟及热中子屏蔽实验结果表明：10wt.%Gd2O3/6061Al中子屏蔽材料的中子屏蔽性能与30wt.%B4C/6061Al相当，10mm厚的10wt.%Gd2O3/6061Al中子屏蔽材料的热中子俘获率达到了99%以上。
氧化钆颗粒在机械球磨三小时之后，颗粒尺寸明显减小，主要呈微米和亚微米尺寸，其中有些颗粒甚至减小到了纳米级别。微米及亚微米级别的氧化钆颗粒主要分布在基体晶界，起到钉扎晶界和位错的作用，使材料的力学强度得以提高；纳米级别的氧化钆颗粒通过基体晶界进入了基体晶粒内部，使基体晶粒发生晶格畸变，同时生成Gd3Al5O12相。
随着轧制道次的增加，氧化钆颗粒在基体上的分布逐渐变得均匀，改善了基体之间的连通性，从而提高了材料的塑性变形能力。在轧制过程中，材料的致密度也有所提高，促进了力学性能的改善。
10wt.%Gd2O3/6061Al中子屏蔽材料的增强机制主要包括：细晶强化、位错强化、奥罗万强化以及载荷传递。材料在轧制过程中，其断裂机制发生了变化，由脆性断裂逐渐转化为韧性断裂，最终材料的拉伸强度及其伸长率分别达到了240MPa和16%。
使用材料的EBSD形貌图及其相应的力学性能数据，构建了微观组织-力学性能非线性映射卷积神经网络模型。对材料拉伸强度及伸长率预测的均方误差分别达到了6.3和0.0003，相比传统的预测模型有所提高。
本研究旨在通过MCNP程序和放电等离子烧结+热轧制的方法设计和制备一种Gd2O3/6061Al中子屏蔽材料，并对材料的微观组织、物相组成、轧制过程中的微观组织演变、增强机制、力学性能及热中子屏蔽性能进行具体的研究；并且，对材料微观组织-力学性能的卷积神经网络模型的建立进行研究和探讨。本课题的主要研究结果如下：
MCNP模拟及热中子屏蔽实验结果表明：10wt.%Gd2O3/6061Al中子屏蔽材料的中子屏蔽性能与30wt.%B4C/6061Al相当，10mm厚的10wt.%Gd2O3/6061Al中子屏蔽材料的热中子俘获率达到了99%以上。
氧化钆颗粒在机械球磨三小时之后，颗粒尺寸明显减小，主要呈微米和亚微米尺寸，其中有些颗粒甚至减小到了纳米级别。微米及亚微米级别的氧化钆颗粒主要分布在基体晶界，起到钉扎晶界和位错的作用，使材料的力学强度得以提高；纳米级别的氧化钆颗粒通过基体晶界进入了基体晶粒内部，使基体晶粒发生晶格畸变，同时生成Gd3Al5O12相。
随着轧制道次的增加，氧化钆颗粒在基体上的分布逐渐变得均匀，改善了基体之间的连通性，从而提高了材料的塑性变形能力。在轧制过程中，材料的致密度也有所提高，促进了力学性能的改善。
10wt.%Gd2O3/6061Al中子屏蔽材料的增强机制主要包括：细晶强化、位错强化、奥罗万强化以及载荷传递。材料在轧制过程中，其断裂机制发生了变化，由脆性断裂逐渐转化为韧性断裂，最终材料的拉伸强度及其伸长率分别达到了240MPa和16%。
使用材料的EBSD形貌图及其相应的力学性能数据，构建了微观组织-力学性能非线性映射卷积神经网络模型。对材料拉伸强度及伸长率预测的均方误差分别达到了6.3和0.0003，相比传统的预测模型有所提高。