Дилатометрические исследования процесса спекания оксидного ядерного топлива - davaiknam.ru o_O
Главная
Поиск по ключевым словам:
страница 1
Похожие работы
Название работы Кол-во страниц Размер
Оценка состояния отработавшего ядерного топлива при длительном хранении 1 21.36kb.
Краткий обзор новых патентов на оборудование для транспортировки... 1 109.12kb.
Технологии регенерации отработавшего ядерного топлива, утилизации... 1 44.37kb.
Урок физики в 8 классе «Энергия топлива. Удельная теплота сгорания... 1 67.83kb.
Новые технологии получения энергии без использования органического... 1 101.95kb.
Оптимизация технологии изготовления уран-молибденового модельного... 1 90.99kb.
Динамика распределения 137Cs по времени и пространству в сбросных... 1 119.69kb.
Плюсы и минусы атомной энергетики 1 22.76kb.
Отчет о каждом этапе проверки импортируемого мокс-топлива kepco должен... 1 11.47kb.
Основные понятия 3 Глава Химический состав ядерного топлива 4 1 352.35kb.
В оглавление ведение 6 Глава I. Систематизация разработок, сделанных... 6 429.61kb.
Инструкция по применению s & s scheftner GmbH 1 73.07kb.
Направления изучения представлений о справедливости 1 202.17kb.

Дилатометрические исследования процесса спекания оксидного ядерного топлива - страница №1/1


Дилатометрические исследования процесса спекания…

В.Г. БАРАНОВ, А.В. ИВАНОВ1, А.В. ТЕНИШЕВ, И.С. ТИМОШИН, А.В. ХЛУНОВ

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

1ОАО «Машиностроительный завод», Электросталь
ДИЛАТОМЕТРИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА СПЕКАНИЯ

ОКСИДНОГО ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА
Проведены дилатометрические исследования процесса спекания оксидного ядерного топлива в среде Ar–8% H2 при температуре до 1600 ºС. Показано, что для таблеток, изготовленных по «сухой» технологии, начало спекания характеризуется температурным интервалом 1100–1200 °С, для «мокрой» технологии 900–1000 °С. Проведено спекание при различных скоростях нагрева 1–8 ºС /мин. Установлены зависимости роста размера и значения температуры, соответствующей максимальной скорости усадки, от скорости нагрева.
Одним из основных направлений в технологии производства ядерного топлива для АЭС является получение материалов, обладающих уникальными механическими, электрофизическими, теплофизическими и другими свойствами. Процесс спекания, как завершающая стадия компактирования, представляет собой комплексное формирование свойств материала, определяемое его структурой. С позиции структурообразования, процесс спекания определяется уплотнением (усадкой), ростом прочности компактного материала, процессом рекристаллизации, ростом зерна, распределением пор по размерам, уменьшением количества и суммарного объема пор во времени.

Основная цель исследований заключалась в поиске закономерностей при формировании структуры оксидного ядерного топлива в процессе спекания.



Описание объекта исследований. В настоящей работе исследование кинетики спекания осуществлялось на топливных компактах, изготовленных в промышленных условиях.

Изготовление прессованных компактов осуществлялось по двум различным технологиям: «сухой» и «мокрой». «Мокрая» технология приготовления пресс-порошков представляет собой совокупность таких последовательно осуществляемых операций, как смешение исходных порошков с жидкой связкой (10 % водный раствор поливинилового спирта с добавкой глицерина), добавление легирующих компонентов (оксид алюминия и оксид кремния), уплотнение смеси, измельчение уплотненной массы, рассев и сушка. «Сухая» технология приготовление пресспорошка (гранулята) представляет собой набор следующих операций: смешение порошков диоксид урана и закиси-окиси, изготовление и уплотнение полученного гранулята, смешение пресспорошка со стеаратом цинка. Завершающей стадией изготовления прессованных компактов является процесс прессования. Спекание компактов осуществлялось в лабораторных условиях в среде Ar–8% H2 при температуре 1600 С.



Методы и оборудование. Для исследования кинетики изменения размеров компактов в процессе спекания использовался горизонтальный дилатометр DIL 402 C. Для изучения кинетики спекания топливных прессованных компактов был выбран метод с постоянной скоростью нагрева

Метод постоянной скорости нагрева – является классическим методом для определения таких параметров спекания, как [1]:

1) начало и конец спекания, по изменению зависимости усадки компакта от времени (температуры);

2) температура спекания, соответствующая максимальной скорости усадки.



Обсуждение результатов. Для исследования влияния скоростей нагрева на свойства спеченных таблеток произведенных по «сухой» схеме, были выбраны следующие скорости нагрева: 1, 2, 6 °С/мин. При этом время изотермической выдержки при максимальной температуре (1600 °С) составило 7 ч 48 мин. На рис. 1 представлены результаты дилатометрических исследований процесса спекания.

Из полученных данных следует, что по мере уменьшения скорости нагрева таблеток момент начала спекания сдвигается в область более низких температур, т.е. спекание начинается раньше. Подобная зависимость наблюдается и для таблеток, произведенных по «мокрой» технологии (рис. 2).

dL/LO dL/dt · 10–3, 1/мин

Температура, °С


Рис. 1. Зависимость величины усадки и скорости усадки от температуры нагрева для таблеток,

произведенных по «сухой» технологии: 1 и 1.1 – зависимость величины усадки и зависимость скорости усадки от температуры при скорости нагрева 1°С/мин соответственно; 2 и 2.1 – при 2 °С/мин;

3 и 3.1 – при 2 °С/мин; 4 и 4.1 – при 4 °С/мин; 5 и 5.1 – при 6 °С/мин
dL/LO dL/dt · 10–3, 1/мин

Температура, °С


Рис. 2. Зависимость величины усадки и скорости усадки от температуры нагрева для таблеток, произведенных по «мокрой» технологии: 1 и 1.1 – зависимость величины усадки и зависимость скорости усадки от температуры при скорости нагрева 2°С/мин соответственно; 2 и 2.1 – при 4°С/мин;

3 и 3.1 – при 6°С/мин; 4 и 4.1 – при 8 °С/мин

Из рис. 1 и 2 видно, что влияние скоростей нагрева на момент начала усадки для таблеток, произведенных по «сухой» технологии более выражено, чем для таблеток, произведенных по «мокрой» технологии. При этом, рассматривая интервал скоростей нагрева 2–6 С/мин, можно отметить, что температура, соответствующая началу усадки для «сухих» таблеток составляет 1000–1100 С, а для «мокрых» около 900 С. На рис. 3 представлена зависимость температуры, при которой достигается максимальная скорость усадки в зависимости от скорости нагрева таблетки. Видно, что с увеличением скорости нагрева температура, соответствующая максимальной скорости уплотнения возрастает, при этом для таблеток, полученных по «мокрой» технологии, можно отметить наличие горизонтального участка между скоростями нагрева 4 и 6 С/мин.

Скорость нагрева, град/мин


Рис. 3. Зависимость температуры, соответствующей максимальной скорости усадки от скорости нагрева:

1 – для «сухой» технологии; 2 – для «мокрой»
Для исследованных образцов, спеченных при различных скоростях нагрева, проведен керамографический анализ и определен средний размер зерна методом секущих. На рис. 4 представлена зависимость размера зерна спеченной таблетки от скорости нагрева. Изотермическая выдержка для всех образцов составляла 7 часов 48 минут.

Скорость нагрева, град/мин


Рис. 4. Зависимость размера зерна спеченной таблетки от скорости нагрева при спекании:

1 – для «сухой» технологии; 2 – для «мокрой»
Из представленных результатов следует, что для «сухой» технологии с увеличением скорости нагрева при спекании средний размер зерна увеличивается на интервале 1–6 °С/мин и достигает 15,1 мкм. Для «мокрой» технологии производства таблеток, однозначной зависимости среднего размера зерна от скорости нагрева получить не удалось. В данном направлении следует провести дополнительные исследования. На рис. 5 приведены результаты керамографического анализа топливных таблеток.

Рис. 5. Микроструктура топливных таблеток: слева – «сухая» технология (сверху вниз скорость нагрева при спекании 1, 2, 6 °С/мин); справа – «мокрая» (сверху вниз скорость нагрева при спекании

2, 4, 8 °С/мин). Изотермическая выдержка для всех таблеток 7 ч 48 мин


Выводы

  1. Проведены дилатометрические исследования процесса спекания топливных таблеток диоксида урана, произведенных по «мокрой» и «сухой» технологии. Показано, что для таблеток, изготовленных по «сухой» технологии начало спекания характеризуется температурным интервалом 1100–1200 °С, для «мокрой» технологии – 900–1000 °С. Определено, что начало спекания зависит от скорости нагрева, т.е. при увеличении скорости нагрева начало спекания сдвигается в область более высоких температур.

  2. С увеличением скорости нагрева температура соответствующая максимальной скорости уплотнения возрастает для топливных таблеток, произведенных по различным технологиям.

  3. Для «сухой» и «мокрой» технологий производства прессовок построена зависимость среднего размера зерна в зависимости от скорости нагрева при спекании топливных таблеток. Видно, что с увеличением скорости нагрева при спекании прессовок значение среднего размера зерна спеченной таблетки увеличивается.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


1. Lahiri D., Ramana Rao S.V., Hemantha Rao G.V.S., Srivastava R.K.. // J. Nucl. Mater. 2006. V. 357. P. 88.







Никто так не легковерен, как человек неверующий. Ириней Лионский
ещё >>