二氧化鈾高溫蠕變性能的研究.pdf

1、二氧化鈾芯塊是重要的核燃料之一。目前，二氧化鈾芯塊的制備工藝一般為高溫長時(shí)燒結(jié)(1750℃×10h)。高溫?zé)Y(jié)二氧化鈾芯塊的晶粒尺寸大，穩(wěn)定可靠，但耗能嚴(yán)重，生產(chǎn)成本高。因此，國內(nèi)外均在研究低溫活化燒結(jié)技術(shù)(1100℃×4h)。低溫?zé)Y(jié)能耗少、容易操作和控制，生產(chǎn)成本低，可提高核電的競爭力。但存在晶粒尺寸小的問題，因而限制了它的應(yīng)用。為了探討小晶粒尺寸二氧化鈾芯塊在堆內(nèi)的高溫蠕變性能，考察晶粒尺寸對二氧化鈾芯塊高溫蠕變性能的影響，本文對

2、兩種不同晶粒尺寸的二氧化鈾芯塊進(jìn)行了高溫蠕變對比實(shí)驗(yàn)研究。
　　本實(shí)驗(yàn)分別將晶粒尺寸為23.8μm(高溫?zé)Y(jié))和晶粒尺寸為9.0μm(低溫?zé)Y(jié))的二氧化鈾燒結(jié)塊在1400-1500℃溫度及20-50MPa的壓載荷下進(jìn)行蠕變實(shí)驗(yàn)研究。然后對高溫蠕變實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，繪制蠕變曲線，計(jì)算穩(wěn)態(tài)蠕變速率，擬合壓縮率與時(shí)間曲線，擬合穩(wěn)態(tài)蠕變速率與應(yīng)變的雙對數(shù)曲線和方程。本研究還利用光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡等手段研究了蠕變后二氧化鈾燒結(jié)塊的微觀組織

3、，探討了二氧化鈾燒結(jié)塊的蠕變機(jī)理。
　　研究結(jié)果表明：
　　1、穩(wěn)態(tài)蠕變速率與應(yīng)力間的雙對數(shù)關(guān)系即不同晶粒尺寸的二氧化鈾芯塊的lge—lgσ線性關(guān)系方程為：1500℃大晶粒試樣:lge&1=2.41808lgσ-6.876011500℃小晶粒試樣:lge&2=1.69804lgσ-5.646671400℃大晶粒試樣:lge&3=2.45457lgσ-6.994751400℃小晶粒試樣:lge&4=1.45100lgσ-5.4

4、8292.
　　2、二氧化鈾燒結(jié)塊在1400-1500℃溫度、10MPa的壓載荷下的穩(wěn)態(tài)蠕變速率：1500℃、10MPa時(shí)大、小晶粒分別為0.3484×10-4 mm/h和1.1256×10-4 mm/h；1400℃、10MPa時(shí)大、小晶粒分別為0.2883×10-4 mm/h和0.9294×10-4 mm/h。即兩者沒有數(shù)量級的差別，可為工程的設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供參考。
　　3、蠕變后二氧化鈾燒結(jié)塊存在再燒結(jié)過程，顆粒間界面模糊

5、，孔隙數(shù)量減少，有的孔隙合并形成了大裂紋；每個(gè)試樣中都出現(xiàn)了白色氮氧鈾化合物，在1400℃下呈現(xiàn)顆粒狀，而在1500℃下以竹葉狀存在芯塊裂紋周圍。隨著壓力增加，白色物質(zhì)逐漸減少。晶粒尺寸為9.0μm的二氧化鈾燒結(jié)塊中的白色物質(zhì)比晶粒尺寸為23.8μm的二氧化鈾燒結(jié)塊中少。
　　4、將蠕變實(shí)驗(yàn)所得的結(jié)果與Nabarro—Herring蠕變、Coble蠕變、Hamper-Dorn蠕變模型計(jì)算的理論值進(jìn)行比較，結(jié)果表明：晶粒尺寸為9.0