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燒結(1750℃×10h)。高溫燒結二氧化鈾芯塊的晶粒尺寸大，穩(wěn)定可靠，但耗能嚴重，生產(chǎn)成本高。因此，國內(nèi)外均在研究低溫活化燒結技術(1100℃×4h)。低溫燒結能耗少、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行了高溫蠕變對比實驗研究。
　　本實驗分別將晶粒尺寸為23.8μm(高溫燒結)和晶粒尺寸為9.0μm(低溫燒結)的二氧化鈾燒結塊在1400-1500℃溫度及20-50MPa的壓載荷下進行蠕變實驗研究。然后對高溫蠕變實驗數(shù)據(jù)進行處理，繪制蠕變曲線，計算穩(wěn)態(tài)蠕變速率，擬合壓縮率與時間曲線，擬合穩(wěn)態(tài)蠕變速率與應變的雙對數(shù)曲線和方程。本研究還利用光學顯微鏡、掃描電鏡等手段研究了蠕變后二氧化鈾燒結塊的微觀組織

3、，探討了二氧化鈾燒結塊的蠕變機理。
　　研究結果表明：
　　1、穩(wěn)態(tài)蠕變速率與應力間的雙對數(shù)關系即不同晶粒尺寸的二氧化鈾芯塊的lge—lgσ線性關系方程為：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、二氧化鈾燒結塊在1400-1500℃溫度、10MPa的壓載荷下的穩(wěn)態(tài)蠕變速率：1500℃、10MPa時大、小晶粒分別為0.3484×10-4 mm/h和1.1256×10-4 mm/h；1400℃、10MPa時大、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，可為工程的設計和應用提供參考。
　　3、蠕變后二氧化鈾燒結塊存在再燒結過程，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的二氧化鈾燒結塊中的白色物質(zhì)比晶粒尺寸為23.8μm的二氧化鈾燒結塊中少。
　　4、將蠕變實驗所得的結果與Nabarro—Herring蠕變、Coble蠕變、Hamper-Dorn蠕變模型計算的理論值進行比較，結果表明：晶粒尺寸為9.0