Получение изделий из порошкообразного урана. Композитные материалы на основе урана и его соединений

Термическая обработка

Уран подвергают термической обработке на разных стадиях технологического процесса, при этом вид обработки зависит от назначения изделия и стадии процесса. Сердечники ТВЭЛов обычно подвергают β-закалке для создания мелкозернистой квазиизотропной структуры. При изготовлении листов и проволоки часто применяют отжиги для уменьшения наклёпа и получения мелкозернистой рекристаллизованной структуры.

Бета-термообработка заключается в нагреве до температуры β-фазы, выдержки для полного перехода в β-фазу и охлаждения до температур нижней области α-фазы. Нагрев (до 720-750 ^оС) производят в солевых или свинцовых ваннах (Li₂CO₃-K₂CO₃, NaCl-KCl, NaCl-KCl-BaCl₂).

Методы порошковой металлургии дают возможности получения изделий из урана необходимой структуры при меньшем числе операций и повышенном извлечении урана в готовое изделие. Порошки с размером частиц менее 5 мкм пирофорны и требуют специальных мер предосторожности. Разложение гидрида урана даёт порошок крупностью менее 5 мкм.

Холодное прессование с давлением до 7 т/см² не даёт нужных результатов, ρ может достигать 15 г/см³ (т.е. менее 80 % теоретической); с последующим спеканием ρ < 17 г/см³. Наличие большого количества сообщающихся пор является причиной самовоспламенения таких изделий на воздухе.

Несравненно лучшие результаты достигаются горячим прессованием.

Графитовые (чугунные с покрытием) матрицы и графитовые (чугунные с покрытием) пуансоны. Порошки, полученные из гидрида урана, прессуют в α-фазе, но близко к температуре α→β перехода, t < 650 ^оС. Р = 2-3 т/см². Смазывают для уменьшения трения керосинном (при нагревании испаряется и создаёт защитную атмосферу).

Достигаются ρ до 18,6 г/см³.

Порошки кальцие- и мегниетермического урана перед прессованием и спеканием обрабатывают разбавленной азотной или уксусной кислотой. Изделия спекают при 1100 ^оС, при этом плотность повышается от 11-12 г/см³ (насыпная плотность порошка) до 18,1-18,6 г/см³.

Прессованные из порошка изделия спекают в защитной атмосфере или ещё лучше в вакуумных печах с непрерывно действующими насосами (для удаления водорода (в случае использование гидридного порошка) и предотвращения окисления).

После засыпки порошка в прессформу его подпрессовывают на холоде при давлении около 0,7 т/см². Прессформу с порошком затем разогревают до требуемой температуры с помощью нагревателя, намотанного на форму. Уплотнение порошка при неизменном давлении начинается от верхней границы α-фазы, замедляется при температуре β-фазы и вновь ускоряется при температуре γ-фазы. Прессование в области α-фазы даёт мелкокристаллическую структуру, из β- и γ-фаз – крупнокристаллическую (размер зерна 1 – 4 мм).

В изделиях из урана, полученных металлокерамическим способом, наблюдаются оксидные включения.

Горячим прессованием можно получить цилиндрические блоки диаметром 25 мм и высотой около 100 мм.

Можно изготовить также и трубы со стенкой различной толщины. Заготовка для выдавливания труб представляет из себя шашку с отверстием, заготовку прессуют на холоде из увлажнённого керосином или парафином порошка при давлении около 3 т/см². Выдавливание труб осуществляют при 800 ^оС со скоростью 2 см/сек. Таким образом получают трубы с гладкой поверхностью до 1220 мм длиной.

Технология ГИП (горячего изостатического прессования). Только оно может увеличить плотность.

Особенно важны методы металлокерамики в технологии производства ТВЭлов дисперсионного типа.

Обладают очень высокой живучестью.

Примеры композиционных материалов – керметов:

Al + UO₂

BeO + U

Mg + UO₂

Al-U + UO₂

Mg-U + UO₂

металлическая матрица (Zr или Zr-Nb) + UBe₁₃

нержавстальная матрица + UO₂

Mg – (U – 9 масс.% Mo). В магниевых матрицах. Сложные – труба в трубе. Однако Mg частично окисляется.

Отклонения в равномерности распределения не более 2-3 %.

Дата добавления: 2014-01-07