ZrC、NbC、TaC以及(Zr0.33, Nb0.33, Ta0.33)C的烧结行为及其粉末杂质的影响

《Journal of the American Ceramic Society》：Sintering behavior of ZrC, NbC, TaC, and (Zr0.33, Nb0.33, Ta0.33)C and the effects of powder impurities

本研究探讨了NbC、TaC、ZrC固溶体作为核热推进燃料的潜力，通过火花等离子烧结（SPS）工艺确定其达到>95%相对密度的烧结条件，发现杂质显著影响ZrC样品的SPS行为，三元混合物的烧结温度主要受熔点最低的ZrC制约，并计算了致密化活化能。

　　

摘要

当碳化铌（NbC）、碳化钽（TaC）和碳化锆（ZrC）与碳化铀混合时，由于其高熔点、在高温氢气中的稳定性以及对热中子的低吸收截面，这些固溶体成为核热推进应用的潜在燃料候选材料。本研究确定了通过火花等离子烧结（SPS）工艺使NbC、TaC和ZrC单碳化物以及(Zr_0.33, Nb_0.33, Ta_0.33)C达到超过95%相对密度所需的工艺条件。研究发现，ZrC原料中存在的氧化物杂质显著影响了含有杂质ZrC粉末的单碳化物和三碳化物样品的SPS烧结过程。对于三碳化物混合物而言，达到95%相对密度所需的烧结温度主要受熔点最低的成分ZrC的影响。计算得到的(Zr_0.33, Nb_0.33, Ta_0.33)C的致密化激活能与纯ZrC粉末的激活能相当，不过杂质含量会因材料供应商的不同而有所差异。