DE1960531A1 - Verfahren zur Herstellung von Verbundkoerpern aus losen Schuettungen von mit Metallen beschichteten Teilchen aus Brenn- und/oder Brutstoffen fuer Kernreaktoren - Google Patents

Description

Kernforschungsanlage Jülich Gesellschaft mit beschränkter Haftung

Verfahren zur Herstellung von Verbundkörpern aus losen Schüttungen von mit Metallen beschichteten Teilchen aus Brenn- und/oder

Brutstoffen für Kernreaktoren

Die Erfindung bezieht sich"auf ein Verfahren zur Herstellung von Verbundkörpern aus losen Schüttungen von mit Metallen be- schichteten Teilchen aus Brenn- und/oder Brutstoffen mit einem Durchmesser von einigen loo ,um für Kernreaktoren. Dabei beträgt der Durchmesser der Teilchen im allgemeinen 4oo bis looo ,um. Die aufgebrachten Beschichtungen dienen dabei dazu, auch bei hohen Abbränden den Austritt gasförmiger oder fester Spaltprodukte zu verhindern. Soweit Metalle zur Beschichtung verwendet werden, haben sich Molybdän, Zirkonium, Vanadin, Niob oder dergleichen als sehr geeignet erwiesen. Die Dicke der metallischen Überzüge beträgt dabei im allgemeinen 2 bis Io ,um.

Mit bei niedriger TemperatM*⁵ schmelzenden Metallen beschichtete Partikel lassen sich bei ausreichend hoher Temperatur und bei entsprechender Zeitdauer ohne weiteres zu porösen Verbundkörpern zusammenschmelzen. So ist es beispielsweise auf einfache Weise möglich, mit Aluminium.oder mit Zinn beschichtete Br'enn- und/oder Brutstoffteilchen in einem Widerstands- oder Induktionsofen zu porösen Verbundkörpern zu verfestigen, da die Schmelzpunkte dieser Metalle hierbei sehr niedrig sind. Die Verwendung dieser Metalle hat außerdem den weiteren Vorzug, daß die Brennstoff- oder Brutstoffkerne nicht in Mitleidenschaft gezogen werden. Schwierigkeiten ergeben sich jedoch bei der Verwendung von metallischen Beschichtungen, deren Schmelzpunkte hoch sind, wie dies z.B. bei Molybdän mit einem Schmelzpunkt-von 262o°C oder Zirkonium mit einem Schmelzpunkt von etwa 3ooo°C der Fall ist, weil sich beim Sintern unerwünschte Nebenreaktionen mit dem Brennstoff ergeben würden. Hinzu kommt, daß in solchen Fällen,

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wie bei der Verwendung von Zirkonium, sich Oxidhaut bildet, so daß die erstrebte Verbundbildung dadurch verhindert wird.

Aufgabe der Erfindung ist daher, ein Verfahren zur Herstellung solcher Verbundkörper aus Teilchen von Brenn- und/oder Brutstoffen zu schaffen, die mit Metallen mit hohem Schmelzpunkt beschichtet sind, das einfach und wirtschaftlich durchführbar ist, wobei die hergestellten Verbundkörper den verschiedenen Reaktorbedingungen genügen sollen.

Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, daß verunreinigende Metalloxide von der Oberfläche entfernt werden, wenn die Schüttungen der Brenn- und/oder Brutstoffteil-

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chen in einem Vakuum zwischen Io bis Io Torr und bei Temperaturen von 8oo bis 2ooo C erhitzt werden und daß die metallischen Hüllen der Teilchen an den Berührungsstellen ineinander diffundieren, wenn zugleich ein Preßdruck von einigen loo Pond je cm aufgewendet wird. Die Erfindung macht sich dabei die bekannte Tatsache zunutze, daß Metalle unter Vakuum bei unterschiedlichen Drucken und Temperaturen miteinander durch Diffusionsschweißen verbunden werdenCSeith, W.: Diffusion in Metallen, Berlin, Heidelberg, Göttingen, Springer Verl. 1955).

Von der vorstehenden Erkenntnis ausgehend werden bei einem Verfahren der oben genannten Art lose Schüttungen von mit Metallen beschichteten Teilchen aus Brenn- und/oder Brutstoffen in einem

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Vakuum mit einem Druck von Io bis Io Torr bei Temperaturen zwischen 8oo und 2ooo°C unter einem Preßdruck von einigen loo Pond/cm verpreßt. Dabei hat sich gezeigt, daß die auf diese Weise hergestellten Verbundkörper durch die zwischen den einzelnen Partikeln des Verbundkörpers gebildeten Hohlräume den Kühlmitteldurchfluß nicht behindern, so daß eine gute Wärmeabführung von den einzelnen Teilchen des Verbundkörpers gewährleistet ist. Ein weiterer Vorzug besteht in der guten Wärmeleitfähigkeit der metallischen Umhüllung der Teilchen, aus denen der Verbundkörper hergestellt ist.

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Außerdem weist die Umhüllung eine große Flexibilität gegen thermische und mechanische Spannungen auf. Vorteilhaft ist ferner, daß eine Korrosionsgefahr durch Wasser entfällt. Außerdem besteht eine gute Verträglichkeit der verwendeten Metalle mit anderen Metallen, die im Reaktor verwendet werden.

1._ Ausführungsbeispiel:

Eine aus 2 Segmenten bestehende Graphithülle von 3o mm Länge und Io mm Innendurchmesser, die von außen durch einen Graphitring zusammengehalten wurde, wurde bis zu einer Höhe von 2o mm mit (U-, Th-)O₂-Partikeln mit einer Molybdänschicht, deren Dicke Io/um betrug, umhüllt. Auf die Partikelschüttung wurde ein Graphitstempel aufgesetzt, dessen unterer Zylinderteil eine Länge von 2o mm und einen Durchmesser von Io mm aufwies, wobei der obere Zylinderteil eine Länge von Io mm und einen Durchmesser von 2o mn besaß. Auf diesen Stempel wurde ein Molybdänstab mit einem Gewicht von ca. 3oo g aufgesetzt. Diese Anordnung wurde in einen Induktionsofen gebracht, der im Anschluß daran

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auf Io Torr evakuiert wurde. Sobald dieser Druck erreicht worden war, wurde die Graphithülle auf 15oo°C erhitzt und H Stunden lang auf dieser Temperatur gehalten. Es ergab sich durch dieses Verfahren ein Verbundkörper mit sehr hoher Festigkeit, der die vorstehend aufgeführten Vorzüge aufwies.

2. Ausführungsbeispiel:

Wurde die Temperatur unter den im übrigen gleichen Voraussetzungen wie im Ausführungsbeispiel 1 auf 17oo°C erhitzt, ein Preß-

druck von 3oo Pond/cm aufgebracht und die Behandlung über 2 Stunden erstreckt, so ergab sich, daß die Festigkeit des gebildeten Verbundkörpers der Festigkeit des nach dem Beispiel 1 gebildeten Verbundkörpers praktisch gleich war.

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Claims (1)

1. Patentanspruch

   Verfahren zur Herstellung von Verbundkörpern aus losen Schüttungen von mit Metall beschichteten Teilchen aus Brenn- und /öder Brutstoffen für Kernreaktoren mit einen Durchmesser von einigen /Um, dadurch gekennzeichnet, daß

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   die Teilchen in einem Vakuum mit einem Druck von Io bis Io Torr bei Temperaturen zwischen 8oo° und 2ooo°C unter einem

   Preßdruck von mehreren loo Pond/cm verpreßt werden.

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