Способы активации спекания • Механическая активация • Термическая активация: • Химическая активация

Способы активации спекания
• Механическая активация
повышение дефектности порошков
• Термическая активация:
температура и время спекания
• Химическая активация
повышение кислородного
потенциала, легирование
Механическое активирование
• В процессе измельчения возрастает удельная
поверхность порошков и избыточная
поверхностная энергия;
• С уменьшением размеров уменьшается их
радиус кривизны, т.е. возрастает действие
капиллярных сил;
• Уменьшается длина диффузионного пути;
• При измельчении увеличение активности
происходит так же вследствие пластической
деформации частиц, приводящей к возрастанию
концентрации дефектов и избытку свободной
энергии, часто этот процесс дополняет
аморфизация поверхностного слоя.
Химическое активирование
Dvi = NiBiEXP[– (Him-SimT)/kT]
VoOi = EXP[-(GFO-S FOT) /kT]
VmVo2 = EXP[-(GS - SST)/kT]
2(Oi - Vo) =X 4CiO  CVO   C Nb
VM
2CiO  CVO   CTi

  G S  S S 
  G FO  S FO 
2
exp 


  X  16exp 
  X
k  
kT
k 
 kT



2 S FO 
 2
16exp  G FO 

kT
k 

2
Влияние Ti и Nb на спекание UO2
12
плотность
г/см3
10
8
6
800
1200
1600
T, C
2000
Рис.10. Влияние температуры на спекание диоксида урана разного состава.
Влияние легирования на размер зерна
Размер зерна, мкм
60
40
20
0
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
Концентрация ниобия, %
 — температура спекания 1700 оС, О — температура спекания 1600 оС,
Эффективность добавок
G  Gs  Gn
Fд rок
K

Fок r
 G 0293
F 
mzr
1.Чем больше разность
электроотрицательностей металлических ионов в
оксидной добавке и в основном компоненте, тем
выше эффективность действия добавок;
2.Эффективность действия добавок возрастает
с уменьшением разницы катионных радиусов.
Спекание с участием жидкой фазы
C Pω
Ln

Co
RT
Р=2/r
Оптимальная структура топлива
•
•
•
•
•
Плотность – 94 – 96 % (10,4-10,6)г/см3;
Размер зерна – 30 – 50 мкм;
Размер пор – больше 2 мкм;
Увеличенная доля закрытой пористости
Наличие пластичной фазы на границах
зерен;
• Большое количество мелких выделений
28
10.48
24
10.46
20
10.44
16
10.42
12
10.40
8
0
40
80
120
Концентрация добавок, ррм
160
10.38
200
Плотность,г/см3
Размер зерна, мкм
Влияние добавок алюмосиликата
Влияние добавок алюмосиликата
и оксида титана на размер зерна
50
Размер зерна, мкм
40
30
20
10
0
0.00
0.05
0.10
0.15
Концентрация добавок, вес. %
0.20
0.25
Микроструктура UO2
Стандарт
Каолин
Оксид титана
Микроструктура диоксида урана
100 µm
UO 2 таблетка,
standard: 8 µm
Стандартная
d=8 мкм
Cr 2 O 3 -doped
2 : 60 µm
С добавкой
CrUO
2O3, d = 60 мкм
Влияние легирования хромом и
титаном на размер зерна
160
Размер зерна, мкм
120
80
40
0
0.0
0.2
0.4
0.6
Концентрация добавок, %
0.8
1.0
Выход ГПД из топлива
разного состава