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本文在“973”计划和“863”计划的资助下,以提高TiB<,2>/C复合可润湿性阴极涂层的综合性能为目标,研究炭质添加剂种类与粒度、TiB<,2>含量与粒度、碳纤维长度等因素对涂层的导电性能、耐压强度和抗钠渗透性的影响。主要研究内容及结果如下:
(1)在测定TiB<,2>粉末的物相与元素组成并选择理想TiB<,2>粉末原料的基础上,研究了涂层的TiB<,2>含量以及平均粒度对电阻率的影响。结果表明,TiB<,2>含量从30 wt%增加到60 wt[%]时,炭化后涂层的室温电阻率由31.2μΩm减小到23.8μΩm;TiB<,2>(含量为60%)平均粒度从12 μm减小到1μΩm时,在960℃时涂层电阻率由76.1μΩm减小到38.4μΩm。
(2)研究了涂层的炭质添加剂种类(包括石油焦、石墨和电煅无烟煤,其含量为25%)和粒度对电阻率的影响。结果表明,在960℃下,石墨作为添加剂的TiB<,2>/C涂层电阻率最小(20.3μΩm),电煅无烟煤添加剂涂层电阻率最大(87.2μΩm);以石油焦作为炭质添加剂时,涂层的电阻率随着炭质添加剂粒度的增大而减小。
(3)炭质添加剂与TiB<,2>颗粒大小影响涂层内部导电链的组成,粒度的大小决定其比表面积的大小,影响TiB<,2>颗粒之间直接接触的几率,从而涂层电阻率随之变化。
(4)研究了碳纤维长度(其含量为1.5wt%)对涂层耐压强度和电阻率的影响。结果表明,碳纤维长度对涂层耐压强度影响显著,随着碳纤维长度的增大而涂层耐压强度增大,当碳纤维长度达到6 mm时,耐压强度最大为39.2MPa,碳纤维长度增加到9 mm,耐压强度有所下降;涂层电阻率随着碳纤维长度的增加而逐渐降低,特别是碳纤维长度对涂层低温电阻率的影响比对高温电阻率的影响更为明显。
(5)研究了炭质添加剂种类对TiB<,2>/C复合涂层钠膨胀率的影响。结果表明,石墨为炭质添加剂的TiB<,2>/C涂层的钠膨胀率最小,石油焦为炭质添加剂的TiB<,2>/C涂层的钠膨胀率最大;钠元素在电解后试样中分布状况的能谱分析表明,TB<,2>/C涂层确实可以减缓钠对阴极材料的渗透。