RU2135429C1 - Method of manufacturing products from ceramics - Google Patents
Method of manufacturing products from ceramics Download PDFInfo
- Publication number
- RU2135429C1 RU2135429C1 RU97116822A RU97116822A RU2135429C1 RU 2135429 C1 RU2135429 C1 RU 2135429C1 RU 97116822 A RU97116822 A RU 97116822A RU 97116822 A RU97116822 A RU 97116822A RU 2135429 C1 RU2135429 C1 RU 2135429C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- particles
- precipitate
- temperature
- tablets
- density
- Prior art date
Links
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims abstract description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title description 10
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 44
- 239000000047 product Substances 0.000 claims abstract description 23
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 claims abstract description 22
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 9
- 230000004660 morphological change Effects 0.000 claims abstract description 9
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 claims description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 11
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 abstract description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract 1
- 230000001376 precipitating effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 34
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 27
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 23
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 15
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 11
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 8
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 230000006740 morphological transformation Effects 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 6
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 5
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- QVQLCTNNEUAWMS-UHFFFAOYSA-N barium oxide Inorganic materials [Ba]=O QVQLCTNNEUAWMS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 4
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 4
- OOAWCECZEHPMBX-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);uranium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[U+4] OOAWCECZEHPMBX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- FCTBKIHDJGHPPO-UHFFFAOYSA-N uranium dioxide Inorganic materials O=[U]=O FCTBKIHDJGHPPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O Ammonium Chemical compound [NH4+] QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 3
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 3
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N Oxalic acid Chemical compound OC(=O)C(O)=O MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052778 Plutonium Inorganic materials 0.000 description 2
- WZECUPJJEIXUKY-UHFFFAOYSA-N [O-2].[O-2].[O-2].[U+6] Chemical class [O-2].[O-2].[O-2].[U+6] WZECUPJJEIXUKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000000975 co-precipitation Methods 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 2
- 230000032798 delamination Effects 0.000 description 2
- OYEHPCDNVJXUIW-UHFFFAOYSA-N plutonium atom Chemical compound [Pu] OYEHPCDNVJXUIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UTDLAEPMVCFGRJ-UHFFFAOYSA-N plutonium dihydrate Chemical compound O.O.[Pu] UTDLAEPMVCFGRJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FLDALJIYKQCYHH-UHFFFAOYSA-N plutonium(IV) oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[Pu+4] FLDALJIYKQCYHH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 2
- 238000007569 slipcasting Methods 0.000 description 2
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 2
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 2
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 2
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 2
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- GHWSWLZMLAMQTK-UHFFFAOYSA-J [OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[Pu+4] Chemical compound [OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[Pu+4] GHWSWLZMLAMQTK-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 150000004649 carbonic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- -1 fissile materials Chemical class 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 150000004679 hydroxides Chemical class 0.000 description 1
- ZLNQQNXFFQJAID-UHFFFAOYSA-L magnesium carbonate Chemical compound [Mg+2].[O-]C([O-])=O ZLNQQNXFFQJAID-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000001095 magnesium carbonate Substances 0.000 description 1
- 229910000021 magnesium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002681 magnesium compounds Chemical class 0.000 description 1
- VTHJTEIRLNZDEV-UHFFFAOYSA-L magnesium dihydroxide Chemical class [OH-].[OH-].[Mg+2] VTHJTEIRLNZDEV-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 235000012254 magnesium hydroxide Nutrition 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 239000003758 nuclear fuel Substances 0.000 description 1
- 150000003891 oxalate salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000012188 paraffin wax Substances 0.000 description 1
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технологии изготовления керамических изделий из карбонатов, оксалатов, гидроксидов, оксидов металлов, в том числе делящихся, и может быть использовано в химической, атомной, электротехнической промышленности. The invention relates to a technology for the manufacture of ceramic products from carbonates, oxalates, hydroxides, metal oxides, including fissile materials, and can be used in the chemical, nuclear, and electrical industries.
Поиск критериев оценки качества порошков для получения бездефектных спеченных изделий из керамики со стабильными свойствами являлся и является очень важной задачей. Существует множество параметров, влияющих на качество керамических изделий (размер частиц и агломератов, величина полной удельной поверхности SBET [1], происхождение порошка, прочность агломератов и др.).The search for criteria for assessing the quality of powders to obtain defect-free sintered ceramic products with stable properties was and is a very important task. There are many parameters that affect the quality of ceramic products (particle size and agglomerates, the value of the total specific surface area S BET [1], the origin of the powder, the strength of the agglomerates, etc.).
Известен способ получения изделий из оксида магния [2], по которому легкоразлагающееся соединение магния (гидроксид, карбонат магния, полученные осаждением из раствора) медленно прокаливают в печи при температуре 600oC. Образовавшийся оксид магния подвергают дополнительному обжигу при высоких температурах [3] , затем формуют изделия путем прессования или шликерного литья и спекают. Недостатком способа является непредсказуемость процесса спекания изделий из-за нестабильности свойств порошков, применяемых для формования. Отсутствует основной критерий, отвечающий за спекаемость изделий. Не заостряется внимание на конкретном температурном режиме термической обработки материала с указанием происходящих при этой операции важнейших изменений свойств материала. Получение порошка при неоптимальной температуре термической обработки приводит к получению определенного количества брака спеченных изделий по трещинам, сколам, размерам, а также по плотности.A known method of producing products from magnesium oxide [2], in which the readily decomposable magnesium compound (hydroxide, magnesium carbonate obtained by precipitation from solution) is slowly calcined in an oven at a temperature of 600 o C. The resulting magnesium oxide is subjected to additional firing at high temperatures [3], then molded products by pressing or slip casting and sinter. The disadvantage of this method is the unpredictability of the sintering process of products due to the instability of the properties of the powders used for molding. There is no main criterion responsible for the sintering of products. Attention is not focused on the specific temperature regime of heat treatment of the material with an indication of the most important changes in the properties of the material that occur during this operation. Obtaining a powder at a non-optimal temperature of heat treatment leads to a certain amount of rejected sintered products by cracks, chips, sizes, and also by density.
Известен способ получения топливных таблеток из диоксида плутония [4], по которому полученный путем осаждения из раствора осадок в виде оксалата или гидроксида плутония прокаливают в печи до образования диоксида плутония PuO2, затем формуют в таблетки путем прессования и спекают. Основным недостатком способа является вероятность получения бракованных изделий (с трещинами, сколами, искажением формы, с несоответствием размеров по диаметру, с низкой плотностью) в связи с отсутствием важнейшего конкретного решения проблемы стабилизации свойств порошков.A known method of producing fuel tablets from plutonium dioxide [4], in which the precipitate obtained from the solution in the form of oxalate or plutonium hydroxide is calcined in an oven to form plutonium dioxide PuO 2 , then molded into tablets by compression and sintered. The main disadvantage of this method is the likelihood of obtaining defective products (with cracks, chips, distortion of shape, with a mismatch in size by diameter, with low density) due to the absence of a most important concrete solution to the problem of stabilizing the properties of powders.
Наиболее близким техническим решением является способ получения таблеток диоксида урана [1], по которому осадок полиураната аммония (полученный путем аммиачного осаждения из раствора) прокаливают в печи, восстанавливают водородом до диоксида урана, из полученного порошка прессуют и спекают таблетки. К недостаткам способа относятся следующие: отсутствие условий, исключающих брак изделий после спекания (трещины, сколы, размер по диаметру, низкая плотность); отсутствие стабильной плотности спеченных изделий (широкий диапазон колебаний значений плотности); нестабильность технологического процесса (значительный диапазон изменения давления прессования, времени спекания и др.) в связи с различием свойств порошков; значительные затраты на переработку брака. Причиной этому является отсутствие конкретного решения по стабилизации свойств порошков, являющегося необходимым для получения качественных изделий со стабильными свойствами. The closest technical solution is a method for producing uranium dioxide tablets [1], in which the precipitate of ammonium polyuranate (obtained by ammonia precipitation from a solution) is calcined in a furnace, reduced with hydrogen to uranium dioxide, tablets are pressed and sintered from the obtained powder. The disadvantages of the method include the following: the absence of conditions that exclude the marriage of products after sintering (cracks, chips, size in diameter, low density); lack of a stable density of sintered products (a wide range of fluctuations in density values); process instability (a significant range of changes in pressing pressure, sintering time, etc.) due to the difference in the properties of the powders; Significant waste processing costs. The reason for this is the lack of a specific solution for stabilizing the properties of powders, which is necessary to obtain high-quality products with stable properties.
Перед автором стояла задача устранить указанные недостатки, обеспечить стабилизацию плотности спеченных изделий и параметров технологического процесса, исключить дефектность изделий, отыскать наиболее значимый эффект, который в наибольшей степени отвечает за получение бездефектных изделий со стабильной плотностью. Для решения указанной задачи в способе изготовления керамических изделий, включающем осаждение из раствора, термическую обработку осадка, формование и спекание, предлагается термическую обработку осадка (порошка) проводить при температуре перекристаллизации его частиц, то есть при температуре морфологического изменения формы частиц. Способ получения бездефектных таблеток из керамики со стабильной плотностью заключается в следующем. Исходное химическое соединение (карбонат, оксалат, гидроксид и др. ), полученное осаждением из раствора, подвергают термической обработке при температуре, при которой происходит полное перекристаллизация частиц, то есть полное морфологическое изменение формы частиц. При необходимости полученный оксид восстанавливают до низшего оксида. Затем порошок формуют в изделия путем прессования или шликерного литья и спекают. Изобретение основано на впервые обнаруженной автором связи процесса перекристаллизации частиц (морфологического изменения формы частиц) порошка со свойствами конечной продукции. Частицы порошка при оптимальных температурах прокаливания приобретают стабильную форму, близкую к правильной (сферы, эллипсоиды, пластинки, чешуйки), что является причиной получения спеченной керамики со стабильными свойствами (по плотности, внешнему виду, механической прочности, микроструктуре). Эффект морфологического превращения частиц порошков выявлен для всех исследуемых заявителем материалов, то есть обнаружена закономерность подобных явлений. Феномен морфологического превращения при термической обработке порошков связан с прочностью сцепления частиц в агрегатах порошков. Прочность сцепления частиц зависит от температуры прокаливания осадков и тесно связана с прочностью таблеток. Брак топливных таблеток по трещинам и сколам находится в обратной зависимости от прочности сцепления частиц порошков, как это было проверено в ПО УМЗ (г. Усть-Каменогорск). Этот факт обнаружен заявителем впервые и впервые применен термин "прочность сцепления частиц". Вероятно, морфологическое изменение формы частиц при прокаливании совпадает со стабилизацией степени прочности сцепления частиц. Силы, управляющие этими процессами, являются, вероятно, силами внутренней энергии частиц. Физический смысл в данном случае более глубокий, нежели морфологическое превращение или прочность сцепления частиц. Это новая область, которую еще надо исследовать. The author was faced with the task of eliminating these shortcomings, ensuring stabilization of the density of sintered products and process parameters, eliminating the defectiveness of products, and finding the most significant effect, which is most responsible for obtaining defect-free products with a stable density. To solve this problem in a method of manufacturing ceramic products, including precipitation from a solution, heat treatment of a precipitate, molding and sintering, it is proposed to heat treat a precipitate (powder) at a temperature of recrystallization of its particles, that is, at a temperature of morphological change in the shape of the particles. A method for producing defect-free ceramic tablets with stable density is as follows. The initial chemical compound (carbonate, oxalate, hydroxide, etc.) obtained by precipitation from a solution is subjected to heat treatment at a temperature at which complete recrystallization of the particles occurs, i.e., a complete morphological change in the shape of the particles. If necessary, the resulting oxide is reduced to a lower oxide. The powder is then molded into articles by compression or slip casting and sintered. The invention is based on the connection between the process of particle recrystallization (morphological change in particle shape) of a powder and the properties of the final product, first discovered by the author. Powder particles at optimal calcination temperatures acquire a stable shape close to the correct one (spheres, ellipsoids, plates, flakes), which is the reason for obtaining sintered ceramics with stable properties (in density, appearance, mechanical strength, microstructure). The effect of morphological transformation of powder particles was detected for all materials studied by the applicant, that is, a pattern of similar phenomena was found. The phenomenon of morphological transformation during heat treatment of powders is associated with the adhesion strength of particles in powder aggregates. The strength of adhesion of particles depends on the temperature of calcination of sediments and is closely related to the strength of tablets. The rejection of fuel pellets by cracks and chips is inversely dependent on the adhesion strength of the powder particles, as was verified at the UMP (Ust-Kamenogorsk). This fact was discovered by the applicant for the first time and the term "particle adhesion strength" was first applied. Probably, the morphological change in the shape of the particles during calcination coincides with the stabilization of the degree of adhesion of the particles. The forces that control these processes are probably the forces of the internal energy of the particles. The physical meaning in this case is deeper than the morphological transformation or particle adhesion strength. This is a new area that still needs to be explored.
В качестве доказательства практической осуществимости решения ниже приведены примеры реализации способа получения бездефектных таблеток из диоксида топливного материала и смеси оксидов ядерного топлива и нейтральной керамики. As evidence of the practical feasibility of the solution, the following are examples of the implementation of a method for producing defect-free tablets from a fuel material dioxide and a mixture of nuclear fuel oxides and neutral ceramics.
Пример 1. Осадок полуираната аммония (ПУА), имеющий значение SBET = 12 м2/г, прокалили при 300-800oC в течение 4 ч. Полученные оксиды восстановили водородом до диоксида урана при 700oC. Порошки UO2 смешали со связующим веществом (раствором поливинилового спирта в глицерине), спрессовали в таблетки с плотностью 6,10 - 6,20 г/см3. Спекание таблеток проводили при температуре 1750oC в атмосфере водорода в течение 10 ч. На рис. 1 представлена зависимость плотности спеченных таблеток UO2 от температуры прокаливания осадка ПУА. Стабильная плотность таблеток (10,6-10,7 г/см3) наблюдалась при температуре прокаливания осадка ПУА (600±20)oC. Как показало электронно-микроскопическое исследование оксидов после прокаливания, именно при (600±20)oC произошло морфологическое изменение формы частиц: угловатые частицы (рис. 2) превратились в круглоовальные (рис. 3).Example 1. The precipitate of ammonium poliuranate (PUA), having a value of S BET = 12 m 2 / g, was calcined at 300-800 o C for 4 h. The resulting oxides were reduced with hydrogen to uranium dioxide at 700 o C. UO 2 powders were mixed with a binder (a solution of polyvinyl alcohol in glycerol), compressed into tablets with a density of 6.10 - 6.20 g / cm 3 . Sintering of the tablets was carried out at a temperature of 1750 o C in a hydrogen atmosphere for 10 hours. 1 shows the dependence of the density of sintered UO 2 tablets on the temperature of calcination of the PUA precipitate. A stable tablet density (10.6-10.7 g / cm 3 ) was observed at an incineration temperature of the PUA precipitate (600 ± 20) o C. As shown by electron microscopic examination of the oxides after calcination, it was at (600 ± 20) o C morphological change in the shape of particles: angular particles (Fig. 2) turned into circular oval (Fig. 3).
При повышении температуры прокаливания до 700 -800oC произошло сращивание этих частиц, что затем при спекании привело к увеличению пористости таблеток. При более низкой температуре прокаливания ПУА плотность спеченных таблеток колебалась в широких пределах (10,2-10,8 г/см3), таблетки имели различные дефекты ("талию", трещины, сколы и др.). Брак спеченных таблеток UO2 при температуре прокаливания ПУА (600±20)oC отсутствовал (рис. 4). Этот эффект проверен в ПО УМЗ при массовом производстве топливных таблеток из UO2. Температура (600±20)oC соответствует эффекту морфологического превращения частиц порошка при прокаливании осадка полиураната аммония (ПУА) с SBET 12 м2/г. Для ПУА с другим значением SBET температура эффекта морфологического превращения частиц будет иной. Оптимальная температура прокаливания осадков ПУА лежит в диапазоне 540-620oC и индивидуальна для осадков ПУА с разными SBET. Важно зафиксировать эту оптимальную температуру эффекта превращения частиц из одной формы в другую.When the calcination temperature was increased to 700-800 ° C, these particles coalesced, which then during sintering led to an increase in the porosity of the tablets. At a lower calcination temperature of the PUA, the density of the sintered tablets varied widely (10.2–10.8 g / cm 3 ), the tablets had various defects (“waist”, cracks, chips, etc.). There was no marriage of sintered UO 2 pellets at an annealing temperature of PUA (600 ± 20) o C (Fig. 4). This effect has been tested in UMP for mass production of fuel pellets from UO 2 . The temperature (600 ± 20) o C corresponds to the effect of the morphological transformation of the powder particles upon calcination of the precipitate of ammonium polyuranate (PUA) with S BET 12 m 2 / g For PUA with a different value of S BET, the temperature of the effect of the morphological transformation of particles will be different. The optimum temperature of calcination of precipitation PUA lies in the range of 540-620 o C and is individual for precipitation PUA with different S BET . It is important to fix this optimum temperature of the effect of the transformation of particles from one form to another.
Полная удельная поверхность (SBET) частиц порошков, полученных после прокаливания осадков, является косвенным параметром, фиксирующим морфологическое изменение формы частиц. В ПО УМЗ был найден оптимальный диапазон SBET для оксидов урана, полученных после прокаливания ПУА, - 6-13 м2/г. Внедрение контроля за SBET прокаленных оксидов урана (это было сделано впервые на производстве) позволило исключить брак таблеток диоксида урана по плотности. Параметр полной удельной поверхности характеризует состояние поверхности частиц и, следовательно, тесно связан с морфологическими изменениями частиц.The total specific surface area (S BET ) of the particles of the powders obtained after calcining the precipitates is an indirect parameter fixing the morphological change in the shape of the particles. The optimal range of S BET for uranium oxides obtained after the calcination of PUA was found in the UMZ PO - 6–13 m 2 / g. The introduction of control over S BET of calcined uranium oxides (this was done for the first time in production) made it possible to exclude the rejection of density uranium dioxide tablets. The parameter of the total specific surface characterizes the state of the surface of the particles and, therefore, is closely related to the morphological changes of the particles.
Пример 2. Осадок, полученный путем соосаждения компонентов из раствора смеси UO2(NO3)2 + Mg(NO3)2, состоящий из ПУА + Mg(OH)2 (соотношение в пересчете на UO2 : MgO = 36 мас.% : 64 мас.%), имеющий значение SBET = 5 м2/г, прокалили при 600-1200oC в течение 4 ч. Согласно рентгеновскому анализу, на различных температурных стадиях образуются соединения разного фазового состава. В процессе прокаливания осадка в диапазоне 600-1200oC происходят фазовые превращения продуктов при 600-800oC (табл. 1) и не происходит фазовых и аллотропических превращений при 900-1200oC.Example 2. The precipitate obtained by coprecipitation of components from a solution of a mixture of UO 2 (NO 3 ) 2 + Mg (NO 3 ) 2 , consisting of PUA + Mg (OH) 2 (ratio in terms of UO 2 : MgO = 36 wt.% : 64 wt.%), Having a value of S BET = 5 m 2 / g, was calcined at 600-1200 o C for 4 hours. According to x-ray analysis, compounds of different phase composition are formed at different temperature stages. During the calcination of the precipitate in the range of 600-1200 o C, phase transformations of products occur at 600-800 o C (table 1) and no phase and allotropic transformations occur at 900-1200 o C.
При температурах прокаливания 600-800oC частицы имеют разветвленную поверхность (рис. 5). При температуре прокаливания 1000oC заканчивается полная перекристаллизация частиц, агрегаты частиц превращаются из неопределенной формы в округлую (рис. 6). Дальнейшее повышение температуры до (1200±20)oC приводит к срастанию и "подспеканию" агрегатов, к образованию каркаса (рис. 7). Полученные смеси оксидов подвергли восстановлению до UO2+MgO в атмосфере водорода при 700oC. Порошки UO2 + MgO смешали со связующим веществом (парафином), спрессовали при давлении 4 т/см2 таблетки, которые спекали при температуре 1500oC в вакууме в течение 5 ч (оптимальное время). В табл. 2 представлены результаты эксперимента.At calcination temperatures of 600-800 o C, the particles have a branched surface (Fig. 5). At an annealing temperature of 1000 ° C, the complete recrystallization of the particles ends, and the particle aggregates transform from an indefinite shape to a round one (Fig. 6). A further increase in temperature to (1200 ± 20) o C leads to aggregation and “sintering” of aggregates, to the formation of a skeleton (Fig. 7). The resulting mixture of oxides was subjected to reduction to UO 2 + MgO in a hydrogen atmosphere at 700 o C. Powders of UO 2 + MgO were mixed with a binder (paraffin), compressed at a pressure of 4 t / cm 2 tablets, which were sintered at a temperature of 1500 o C in vacuum within 5 hours (optimal time). In the table. 2 presents the results of the experiment.
Стабильную плотность (4,6 - 4,7 г/см) имели спеченные таблетки, полученные из порошка, прокаленного при 1000oC. Дефекты таблеток в этом случае полностью отсутствовали. При температуре прокаливания осадка 1000oC произошла полная перекристаллизация (изменение формы) частиц, что явилось причиной получения бездефектных таблеток UO2+MgO со стабильной плотностью.Sintered tablets obtained from a powder calcined at 1000 ° C had a stable density (4.6 - 4.7 g / cm). There were no defects in the tablets in this case. At a calcination temperature of the precipitate of 1000 o C there was a complete recrystallization (shape change) of the particles, which was the reason for obtaining defect-free tablets of UO 2 + MgO with a stable density.
При температуре прокаливания осадка ПУА + Mg(OH)2 600 -900oC плотность спеченных таблеток колебалась в широких пределах, таблетки имели различные дефекты (трещины, искажение формы, отслои по торцам). При температуре прокаливания осадка 1100 - 1200oC таблетки не имели дефектов, но плотность их была низкой из-за высокой пористости, образовавшейся вследствие сращивания округлых частиц при прокаливании.At the calcination temperature of the precipitate PUA + Mg (OH) 2 600 -900 o C, the density of the sintered tablets varied widely, the tablets had various defects (cracks, distortion, delamination at the ends). At the calcination temperature of the precipitate 1100 - 1200 o C, the tablets had no defects, but their density was low due to the high porosity formed due to the fusion of round particles during calcination.
Подобный эффект описывается заявителем впервые применительно к топливной композиции UO2+MgO. Этот эффект использовался при производстве топливных таблеток UO2 + MgO, которые в настоящее время облучаются в реакторе БР-10 (г. Обнинск).A similar effect is described by the applicant for the first time in relation to the fuel composition UO 2 + MgO. This effect was used in the production of UO 2 + MgO fuel pellets, which are currently irradiated in the BR-10 reactor (Obninsk).
Пример 3. При прокаливании осадка Pu(OH)4+Mg(OH)2, полученного соосаждением компонентов из нитратного раствора, уже при 700oC образуется композиция PuO2 + MgO. Фазовый состав композиции не изменяется вплоть до 1500oC. При температурах прокаливания осадка до 950oC частицы порошков имеют неопределенную форму (рис. 8). Таблетки, полученные из этого порошка, имеют разброс по плотности (4,0 - 4,5 г/см3) для композиции состава 40% мас. PuO2 + 60 мас.% MgO, неудовлетворительный внешний вид ("талию", отслой по торцам, трещины). При 1000oC происходит превращение формы частиц порошка PuO2 + MgO из неопределенной в "подушечки" (рис. 9). Таблетки, полученные из этого порошка, не имеют дефектов, а плотность их после спекания при 1500oC стабильная (4,5±0,1 г/см2). При увеличении температуры прокаливания до 1200oC происходят процессы "подспекания" частиц и превращения их в лавообразную массу (рис. 10). Таблетки, изготовленные из этого порошка, после спекания при 1500oC не имеют дефектов, но плотность их низкая (3,8±0,1 г/см3) из-за высокой пористости.Example 3. When annealing the precipitate Pu (OH) 4 + Mg (OH) 2 , obtained by coprecipitation of the components from a nitrate solution, already at 700 o C the composition PuO 2 + MgO is formed. The phase composition of the composition does not change up to 1500 o C. At sediment calcination temperatures up to 950 o C, the powder particles have an indefinite shape (Fig. 8). Tablets obtained from this powder have a spread in density (4.0 - 4.5 g / cm 3 ) for a composition composition of 40% wt. PuO 2 + 60 wt.% MgO, unsatisfactory appearance ("waist", delamination at the ends, cracks). At 1000 o C, the particle shape of the PuO 2 + MgO powder is transformed from undefined to “pads” (Fig. 9). The tablets obtained from this powder have no defects, and their density after sintering at 1500 ° C is stable (4.5 ± 0.1 g / cm 2 ). With an increase in the calcination temperature to 1200 o C, processes of “sintering” of particles and their transformation into a lava-like mass occur (Fig. 10). Tablets made from this powder, after sintering at 1500 o C have no defects, but their density is low (3.8 ± 0.1 g / cm 3 ) due to the high porosity.
Эффект морфологического превращения частиц порошка PuO2 + MgO в процессе термической обработки осадка гидроксидов плутония и магния описывается заявителем впервые в заявленном способе.The effect of morphological transformation of PuO 2 + MgO powder particles during the heat treatment of a precipitate of plutonium and magnesium hydroxides is described by the applicant for the first time in the claimed method.
Пример 4. Подобное превращение формы частиц происходит в процессе прокаливания порошка оксида магния (ГОСТ 4526-75). На рис. 11 и 12 соответственно представлены фотографии порошков MgO исходного и после прокаливания при температуре 900oC. Качество таблеток, изготовленных из этих порошков, сильно отличается: соответственно дефектные (с "талией", трещинами и отслоями) и бездефектные со стабильной плотностью.Example 4. A similar transformation of the particle shape occurs during the calcination of magnesium oxide powder (GOST 4526-75). In fig. 11 and 12, respectively, are photographs of MgO powders starting and after calcining at a temperature of 900 o C. The quality of tablets made from these powders is very different: defective (with "waist", cracks and detachments) and defect-free with stable density, respectively.
Пример 5. Подобное превращение формы частиц происходит в процессе прокаливания осадка топливной композиции Pu(OH)4 + Ba(OH)2. При прокаливании осадка при температурах до 700oC порошки PuO2+BaO имеют угловатую форму частиц (рис. 13). Таблетки, изготовленные из этого порошка, имеют дефекты и значительный разброс по плотности. При 750oC форма частиц порошка оксидов плутония и бария превращается в кубики с овальными гранями (рис. 14). Таблетки, изготовленные из этого порошка, имеют очень хорошее качество. При 850oC происходит срастание и "подспекание" частиц PuO2+BaO (рис. 15).Example 5. A similar transformation of the particle shape occurs during the calcination of the precipitate of the fuel composition Pu (OH) 4 + Ba (OH) 2 . When calcining the precipitate at temperatures up to 700 o C, PuO 2 + BaO powders have an angular shape of particles (Fig. 13). Tablets made from this powder have defects and a significant variation in density. At 750 o C, the shape of the particles of plutonium and barium oxide powder turns into cubes with oval faces (Fig. 14). Tablets made from this powder are of very good quality. At 850 o C, the PuO 2 + BaO particles grow together and “sinter” (Fig. 15).
Можно привести примеры с использованием таких материалов, как ThO2+UO2, ThO2, UO2+Fe2O3+MgO, Y2O3 и других. Наблюдается тот же феномен.Examples can be given using materials such as ThO 2 + UO 2 , ThO 2 , UO 2 + Fe 2 O 3 + MgO, Y 2 O 3, and others. The same phenomenon is observed.
Использование изобретения позволит стабилизировать технологический процесс получения керамических изделий, исключить или сократить до минимума брак изделий; получать изделия с регулируемой (на стадии спекания) стабильной плотностью, сэкономить реагенты, расходуемые на операции переработки брака; в конечном итоге повысить безопасность реакторов при использовании топливных таблеток со стабильными свойствами и улучшить экологическую обстановку. The use of the invention will stabilize the manufacturing process of ceramic products, eliminate or reduce to a minimum the marriage of products; receive products with an adjustable (at the sintering stage) stable density, save reagents spent on reject processing operations; ultimately improve the safety of reactors when using fuel pellets with stable properties and improve the environmental situation.
Внедрение изобретения даст значительный экономический эффект, особенно в атомной энергетике. The implementation of the invention will give a significant economic effect, especially in nuclear energy.
Источники информации. Sources of information.
1. Майоров А. А., Браверман И.Б. Технология получения порошков керамической двуокиси урана. - М.: Энергоатомиздат, 1985. 1. Mayorov A.A., Braverman I.B. Technology for producing ceramic uranium dioxide powders. - M .: Energoatomizdat, 1985.
2. Брауэр Г. Руководство по неорганическому синтезу. Т. 3. - М.: Мир, 1985. 2. Brower G. Guide to inorganic synthesis. T. 3. - M .: Mir, 1985.
3. Черепанов А. М., Тресвятский С.Г. Высокоогнеупорные материалы и изделия из окислов. Под общей редакцией академика АН УССР П.П. Будникова. - М. : Металлургия, 1964. 3. Cherepanov A. M., Tresvyatsky S. G. Highly refractory materials and products from oxides. Under the general editorship of the academician of the Academy of Sciences of the Ukrainian SSR P.P. Budnikova. - M.: Metallurgy, 1964.
4. Шевченко В.Б., Судариков Б.Н. Технология урана. - М.: Госавтомиздат, 1961. 4. Shevchenko VB, Sudarikov B.N. Uranium technology. - M.: Gosavtomizdat, 1961.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97116822A RU2135429C1 (en) | 1997-10-14 | 1997-10-14 | Method of manufacturing products from ceramics |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97116822A RU2135429C1 (en) | 1997-10-14 | 1997-10-14 | Method of manufacturing products from ceramics |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU97116822A RU97116822A (en) | 1999-08-10 |
| RU2135429C1 true RU2135429C1 (en) | 1999-08-27 |
Family
ID=20197920
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU97116822A RU2135429C1 (en) | 1997-10-14 | 1997-10-14 | Method of manufacturing products from ceramics |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2135429C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2323912C2 (en) * | 2006-03-24 | 2008-05-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр Российской Федерации-Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского" | Method to manufacture oxide ceramic products with high thermal conductivity |
| WO2015080626A1 (en) | 2013-11-26 | 2015-06-04 | Открытое Акционерное Общество "Акмэ-Инжиниринг" | Nuclear fuel pellet having enhanced thermal conductivity, and preparation method thereof |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0076680A1 (en) * | 1981-10-02 | 1983-04-13 | Westinghouse Electric Corporation | Stable UO2 fuel pellets |
| US4605631A (en) * | 1984-03-19 | 1986-08-12 | Norton Company | Advanced preparation of ceramic powders |
| RU2012071C1 (en) * | 1988-07-11 | 1994-04-30 | Юраниюм Пешинэ | Method for manufacturing fritted pellets of oxides |
| RU2069393C1 (en) * | 1994-10-27 | 1996-11-20 | Производственное объединение "МАЯК" | Method of preparing oxide nuclear fuel |
-
1997
- 1997-10-14 RU RU97116822A patent/RU2135429C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0076680A1 (en) * | 1981-10-02 | 1983-04-13 | Westinghouse Electric Corporation | Stable UO2 fuel pellets |
| US4605631A (en) * | 1984-03-19 | 1986-08-12 | Norton Company | Advanced preparation of ceramic powders |
| RU2012071C1 (en) * | 1988-07-11 | 1994-04-30 | Юраниюм Пешинэ | Method for manufacturing fritted pellets of oxides |
| RU2069393C1 (en) * | 1994-10-27 | 1996-11-20 | Производственное объединение "МАЯК" | Method of preparing oxide nuclear fuel |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Fr 2101702 A, 17.02.72. Кудака Кацуя. Высокочистый синтетический BaTiO 3 . Эрэкуторонику сэрамикусу, Electron. Ceram. - 1982, 13, N 68, с. 57 - 62. * |
| Майоров А.А., Браверман И.Б. Технология получения порошков керамической двуокиси урана. - М.: Энергоатомиздат, 1985, с. 57 - 92. * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2323912C2 (en) * | 2006-03-24 | 2008-05-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр Российской Федерации-Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского" | Method to manufacture oxide ceramic products with high thermal conductivity |
| WO2015080626A1 (en) | 2013-11-26 | 2015-06-04 | Открытое Акционерное Общество "Акмэ-Инжиниринг" | Nuclear fuel pellet having enhanced thermal conductivity, and preparation method thereof |
| US10381119B2 (en) | 2013-11-26 | 2019-08-13 | Joint Stock Company “Akme-Engineering” | Nuclear fuel pellet having enhanced thermal conductivity, and preparation method thereof |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE3210987C2 (en) | ||
| CN103608481B (en) | Uranium and molybdenum based alloy powders useful in the manufacture of nuclear fuel and targets intended to produce radioactive isotopes | |
| JPH09501491A (en) | Nuclear fuel with improved fission product retention characteristics | |
| CN118556038A (en) | Powder and method for producing the same | |
| US3141782A (en) | Processes for the production of ceramic bodies | |
| US4992225A (en) | Water corrosion-resistant ceramic oxide body | |
| RU2135429C1 (en) | Method of manufacturing products from ceramics | |
| JPH01136094A (en) | Manufacture of ceramic nuclear fuel pellet | |
| RU2098870C1 (en) | Fuel compound for fast reactors and its production process | |
| JPH01100057A (en) | Manufacture of superconductive material | |
| US3168479A (en) | Process for producing high density nuclear fuel particles | |
| US3168601A (en) | Process for the production of plutonium oxide-containing nuclear fuel compacts | |
| US3825499A (en) | Fueled moderator composition | |
| WO2013051576A1 (en) | Conductive mayenite compound sintered compact, sputtering target, and method for producing conductive mayenite compound sintered compact | |
| US4502987A (en) | Method of controlling crystallite size in nuclear-reactor fuels | |
| RU2069393C1 (en) | Method of preparing oxide nuclear fuel | |
| US3327027A (en) | Process for the production of plutonium oxide-containing nuclear fuel powders | |
| Kumar et al. | Low temperature two-step sintering of nanocrystalline UO2 | |
| RU2734692C1 (en) | Method of producing fuel compositions based on uranium dioxide with the addition of a burnable neutron absorber | |
| JP3403960B2 (en) | Method for producing nuclear fuel pellets | |
| US5905048A (en) | High temperature stable alumina and method of manufacturing the same | |
| JP2003212547A (en) | Iron oxide powder | |
| Duh et al. | Synthesis and sintering behavior of Mgo-doped yttria-stabilized tetragonal zirconia polycrystal (Y-TZP) | |
| JP2938261B2 (en) | Manufacturing method of ferrite molding | |
| Raman et al. | Characterization and initial sintering of a fine alumina powder |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20120807 |
|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE Effective date: 20130307 |