自从1942年座核反应堆在美国建立，核工业已经发展了将近70年。其间核工业的发展重心从核武器转移到了核能应用上，目前各国又开始共同研究聚变核反应堆。在这期间应用于核工业中的材料也在不断发展，而陶瓷材料以其优异的性能被广泛的应用于核反应堆原料、组件以及核废料处理等各个方面。

   为了更好的了解核反应堆陶瓷材料的一些前沿热点问题，中国粉体网编辑专访了中科院福建物质结构研究所的周有福教授。

   周有福教授：中国科学院福建物质结构研究所 (海西研究院)研究员、课题组长、博士生导师，同时担任中国硅酸盐学会特种陶瓷分会理事，福建省“百人计划”等人才项目评审专家。主要致力于纳米粉体工程和陶瓷材料研发，特别是纳米功能粉体、核能系统陶瓷材料以及光电透明陶瓷。在高性能结构陶瓷、高性能功能陶瓷和无机纳米材料等方面取得了重要研究成果。

直接氮化法合成高质量AION陶瓷粉体

      核反应堆陶瓷材料AlON透明陶瓷综合性能优异，被美国列为21世纪国防重点发展材料，核反应堆高温窗口、透明装甲等优选材料。AlON透明陶瓷具有可见—中红外波段透过率高、机械强度优异、抗热震性好等优点，是高温窗口、红外整流罩的优选材料。与单晶材料（如蓝宝石）相比，AlON透明陶瓷生产成本较低、易制备大尺寸异形器件，高质量AlON透明陶瓷的制备显得日益重要。

   周有福教授课题组采用国产原料，优化直接氮化法，较低成本合成了高纯度高烧结活性AlON超细粉体，经球磨、成型、无压烧结等工序烧制的AlON陶瓷圆片（直径53mm），在400nm和1100nm处的直线透过率分别达77.1％和80.6%。该成果为研制更大尺寸复杂形状AlON透明陶瓷光学部件，实现AlON透明陶瓷实用化及工程化提供了工作基础。

   “传统的方法是氧化铝或氮化铝反应，还有一个是碳还原法，氧化铝跟碳在高温下把氮气还原到氧化铝中，而碳有可能会存在潜在残留，所以还要进行高温除气。碳是黑色的会影响透光性，而直接氮化法就避免了这个问题。”周教授介绍到。当然，在使用直接氮化法合成陶瓷粉体时也遇到过难题，在问及制备技术难点时，周有福教授说：“直接氮化法需要控制好反应条件，要控制好AlON的比例，一旦比例不对，陶瓷透明度就会受到影响。”这一方法申请了中国发明。

SiC陶瓷的增韧技术

   SiC陶瓷具有中子特性好、耐腐蚀、高温强度好等性能优点，但由于其分子结构的键合特点，缺乏塑性变形能力，表现为脆性，严重地影响了其作为结构材料的应用潜力。为此，陶瓷强化增韧便成了近年来陶瓷材料研究的核心问题。

   中科院物质结构研究所针对新一代核能系统亟需关键技术，开展了SiC基、ZrO₂基材料增强增韧、堆芯构件精密制造等研发，在问及有关于这一增强增韧技术的进展时，周有福教授介绍说增韧技术基本就是通过微晶增韧、钉扎增韧、纳米效应这三种方法来提高韧性。

“性能不是问题，问题在成本”

   陶瓷材料在核工业上的应用比较广泛，范围跨度大。核工业的发展中心也从核武器转移到了核能应用上来，核反应堆陶瓷材料的应用领域不应仅是在军事上，也应该转移到民用来。在问到关于核反应堆陶瓷材料“军民转移，实现产业化”的问题时，周有福教授坦言到：“成本是问题。”

   “其实核反应堆已经是民用的了，例如核电、核能等。要实现军民转移，性能不是问题，问题在于成本。军用的性能指标要求高，而到了民用反而可以相对降低一点。所以实现产业化的关键在成本方面。”

小      结

   周有福教授在和记者谈到未来核反应堆陶瓷材料的发展时，他提到：“SiC基复合材料由于在中子特性、耐高温方面表现出优异的性能，对更长远的可持续发展来说它会是未来发展的一个重要方向。”核反应堆陶瓷材料其实已经应用于当下的军事和工业中，技术和工艺也在逐渐成熟，而随着陶瓷材料的进一步发展( 比如陶瓷基复合材料的发展)，材料性能中的一些薄弱环节像韧性差、难加工等方面也得到了改善，但陶瓷材料仍然还有许多问题需要解决，性能需要进一步提高。