AT200676B - Verfahren zur Herstellung von Brennelementen - Google Patents

Description

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  Verfahren zur Herstellung von Brennelementen 
Für die Herstellung von Brennelementen für Reaktoren aller Art wurden bisher Uran, Uranlegierungen,
Uranoxyd-Metallmischungen und auch Uransalze, gelöst in gewöhnlichem oder schwerem Wasser, ver- wendet. Es wurde auch bereits vorgeschlagen. Uranpulver mit Pulvern eines niedriger schmelzenden Me- talles innig zu mischen und in die Form von Brennelementen zu pressen. 



   Die Erfindung befasst sich nun mit der Herstellung von neuen Brennelementen auf der Basis von Uran bzw. Uranlegierungen, die sehr dicht. möglichst porenfrei sind und eine hohe Festigkeit und vortreffliche
Wärmeleitfähigkeit aufweisen, wodurch sie sich von allen bisherigen Brennelementen vorteilhaft unterscheiden. Die erfindungsgemäss hergestellten Brennelemente bestehen aus einem Skelettkörper aus Uran bzw. Uranlegierungen, insbesondere mit den Übergangsmetallen der 4., 5. und 6. Gruppe des periodischen Systems, der mit einem niedriger schmelzenden Leichtmetall oder einer solchen Legierung, gegebenenfalls   mit ändern Metallen,   getränkt ist.

   Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung können me-   tallischeüberzüge, z.   B. aus   Molybdän,   Zirkonium, Aluminium oder Aluminiumlegierungen, als Schutzhülle vorgesehen werden. 



   Unter Uran bzw. Uranlegierungen sind in diesem Falle zu   verstehen : natürliches   Uran bzw. reine Uranisotope oder Mischungen aus den beiden bzw. deren Legierungen. 



   Für die Herstellung der Brennelemente werden in der Pulvermetallurgie bekannte Arbeitsmethoden verwendet. So wird zunächst aus Uran oder Uranlegierungen in Pulver, Schwamm- oder stückiger Form,   z. B. Späne,   ein Skelettkörper hergestellt und anschliessend mit einem niedriger schmelzenden Leichtmetall oder einer solchen Legierung durchtränkt. Für die Herstellung des   Skelettkörperskann mandas   uranhaltige, stückige Ausgangsmaterial in Formen, vorzugsweise aus hochschmelzenden Metallen, einfüllen, das Leichtmetall oder die Leichtmetallegierungen auflegen und über deren Schmelzpunkt im Vakuum oder Edelgasunterdruck erhitzen, wobei die Schmelze in den Porenkörper eindringt.

   Man kann aber auch den Skelettkörper durch Pressen, vorzugsweise Strangpressen, und gegebenenfalls Vorsintern der Ausgangspulver herstellen und diesen dann durch Tauchen in Leichtmetallbäder mit der flüssigen Phase infiltrieren. Der Schmelzpunkt des Leichtmetall bzw. der Leichtmetallegierung soll mindestens etwa 1000 unter dem Schmelzpunkt des Urans oder der verwendeten Uranlegierung liegen. Das Verfahren wird im Vakuum oder im Edelgasunterdruck durchgeführt. 



   Die Schutzhülle für das Brennelement wird dadurch erzielt,   dass man z. B. das Ausgangspulver   in Rohre aus hochschmelzenden Metallen lose schüttet und dann in bekannter Weise die Leichtmetallphase einseigern lässt, wobei gleichzeitig eine feste Verbindung des eingeseigerten Gutes mit der Innenseite des Metallrohres entsteht. In ähnlicher Weise kann man durch Pressen, vorzugsweise Strangpressen, einen   rohrförmigen Körper   aus dem   uranhältigenMaterial   herstellen und diesen dann in die metallische Schutzhülle einführen, worauf die Leichtmetallphase eingeseigert wird. 



   Eine besonders   vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung   besteht darin,   dass man die höherschmelzen-   de Phase zu einem Stab oder rohrförmigen Körper durch Strangpressen verformt, diesen dann zwecks Erzielung einer höheren Festigkeit bei einer Temperatur von etwa 8000 vorsintert und anschliessend in das Leichtmetallbad mehrmals taucht, wobei sich der Porenkörper nicht nur mit Leichtmetall vollsaugt, sondern auch gleichzeitig eine genügend starke Aussenhaut bzw. Innenhaut aus Leichtmetall gebildet wird. 



     Beispiel l : Uran in Form von Drehspänen   wird locker in   einer Schlauchpresse zu Stäben   mit einem Durchmesser von etwa 30 mm   verpresst, wobei   sich eine Porosität von zirka 50 % ergibt. Durch Eintauchen 

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 des Presslings in ein Aluminiumbad oder Auflegung von Aluminiumstücken und Erhitzen über den Aluminium-Schmelzpunkt werden die Poren vollständig mit Aluminium ausgefüllt. Die so hergestellten UranAluminium-Seigerkörper werden in Rohre aus Zirkon. Niob usw. eingeschoben und anschliessend über dem Aluminium-Schmelzpunkt kurzzeitig erhitzt, wodurch sich eine vorzügliche Haftung der Rohre und ein ausgezeichneter Wärmeübergang ergeben. 



   Beispiel 2 : Eine kurzspanende   Uran-Molybdän- oder   Uran-Wolfram-Legierung wird mit Hartmetallwerkzeugen in kleine Späne überführt. Die Späne werden in Rohre aus beispielsweise Zirkon, Niob, Tantal,   Molybdän,   usw. eingefüllt, oben die nötige Menge einer   Magnesium- ! Beryllium-Aluminium-   Legierung aufgegeben und über deren Schmelzpunkt auf zirka 9000 C unter Argon erhitzt. Die geschmolzene Legierung füllt die Hohlräume zwischen den   Uranlegierungsspänen   aus und verbindet sich fest mit der Innenwand des Rohres aus hochschmelzenden Metallen. 



   Beispiel 3: Uranlegierungen in Pulver-oder Späneform werden in Schlauchpressen in rohr- oder stabförmige Körper überführt. Diese Formkörper werden im Vakuum bei Temperaturen von zirka 8000 vorgesintert und hiebei genügend verfestigt. Anschliessend werden diese Formkörper in ein Aluminiumbad eingetaucht, wobei eine Volltränkung erfolgt. Durch. weiteres mehrmaliges Tauchen kann der Tauchvorgang so gelenkt werden, dass am Formkörper eine genügend starke   Aussen- bzw. Innenhaut   aus Reinaluminium gebildet wird. Auf diese Weise ist es möglich, Brennelemente herzustellen, bei denen der Hüllstoff schon im Zuge der Fabrikation automatisch entsteht und in idealer Weise aufgetragen wird. 



    PATENTANSPRÜCHE-   
1. Verfahren zur Herstellung von Brennelementen, bestehend aus einem Grundkörper aus Uran bzw. 



  Uranlegierungen, umgeben von leicht schmelzbarem Füllmetall, dadurch gekennzeichnet, dass aus Uran oder Uranlegierungen in Pulver-, Schwamm- oder stückiger Form,   z. B. Späne,   ein Skelettkörper hergestellt und anschliessend mit einem niedriger schmelzenden Leichtmetall oder einer solchen Legierung durchtränkt wird.

Claims (1)

1. 2. Verfahren nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangsmaterial für den Skelettkörper in Formen, vorzugsweise aus hochschmelzenden Metallen, eingefüllt, Leichtmetall oder Leichtmetallegierungen aufgelegt und über deren Schmelzpunkt im Vakuum oder Edelgasunterdruck erhitzt werden, wobei die Schmelze in den Porenkörper eindringt.

   3. Verfahren nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangsmaterial gepresst, vorzugsweise stranggepresst, gegebenenfalls vorgesintert und der Skelettkörper durch Tauchen in Leichtmetallbäder infiltriert wird.

   4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Skelettkörper nach der Seigerung in eine Schutzhülle aus hochschmelzendem Metall gebracht und über dem Schmelzpunkt der Leichtmetallphase erhitzt wird.

   5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Skelettkörper so oft in das Leichtmetallbad getaucht wird, bis sich eine äussere Schutzhülle aus Leichtmetall bildet.