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 4CiO CVO C Nb VM 2CiO 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