AT232612B - Hochtemperaturfeste Produkte, insbesondere für Reaktorbrennstoffe und Herstellungsverfahren hiefür - Google Patents

Hochtemperaturfeste Produkte, insbesondere für Reaktorbrennstoffe und Herstellungsverfahren hiefür

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AT232612B
AT232612B AT489062A AT489062A AT232612B AT 232612 B AT232612 B AT 232612B AT 489062 A AT489062 A AT 489062A AT 489062 A AT489062 A AT 489062A AT 232612 B AT232612 B AT 232612B
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AT489062A
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Pierre Blum
Philippe Guinet
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Commissariat Energie Atomique
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Description


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  Hochtemperaturfeste Produkte, insbesondere für Reaktorbrennstoffe und Herstellungsverfahren hiefür 
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 auch zwischen dem Oxyd des einenElementes X und   derStickstoffverbindung,   etwa dem Nitrid einet Elementes Y gebildet ist, wobei die Elemente X und Y zur Gruppe der Aktinide oder Lanthanide gehören. 



   Gemäss einer   bevorzugten Ausführungsform der Erfindung   ist das Eutektikum aus spaltbaren Elementen wie etwa   natürlichem Uran,   Uran 233, Plutonium oder von Brutstoffen oder Brutelementen, wie etwa Thorium, zusammengesetzt. 



   Man erhält auf   diese Weise neue Atomreaktorbrennstoffe   vom hochtemperaturfesten Typ, die infolgedessen in der Lage sind, hohe Betriebstemperaturen auszuhalten. Diese neuen Brennstoffe weisen gegenüber den bis heute angewendeten hod   lemperaturfesten   Brennstoffen erhebliche Vorteile auf Grund ihrer bemerkenswerten physikalischen und chemischen Eigenschaften auf. 



   So ist insbesondere ihre thermische und   elektrische Leitfähigkeit derjenigen der entsprechenden oxyde   überlegen. Beispielsweise hat das Eutektikum   UO/UN   (dessen Zusammensetzung einem Molekül UO auf ein Molekül UN entspricht) eine bessere thermische Leitfähigkeit als das Oxyd   UO,.   Es ergibt sich daraus einerseits, dass der Wärmeaustausch zwischen dem Brennstoff und dem Kühlmedium sich unter besseren Bedingungen vollzieht und anderseits, dass der Brennstoff einen viel besseren Widerstand gegen thermische Stossbelastungen bietet, etwa bei Änderungen   des Leistungsbereiches   oder bei einem Stillsetzen des Atomreaktors. 



   Diese neuen Brennstoffe haben auch in manchen Fällen einen erheblichen Widerstand gegen Oxydation und chemische Korrosion. So widersteht das Eutektikum UO/UN besser der Oxydation als Urankarbid UC. Infolge seiner guten chemischen Stabilität selbst bei hohen Temperaturen wird es bei zufälligem Bruch der Hülle und Berührung mit dem Kühlmedium, etwa Kohlendioxyd oder geschmolzenem   Natri-   um, nicht unvermittelt zerstört. 



   Die neuen Brennstoffe werden, wie man im folgenden sehen wird, leicht in Form massiver Stücke erhalten, und sie weisen demzufolge in ihrer Struktur nur wenige Poren auf, welche sowohl für die mechanische Festigkeit als auch für die Stabilität der Neutronensteuerung schädlich sind. 
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 über den Oxyden und Karbiden. 



   Im Vergleich mit den Nitriden weisen die neuen Brennstoffe insbesondere den Vorteil des geringeren Einfangquerschnitts für Neutronen auf. 



   Es ist jedoch geboten, darauf hinzuweisen, dass der Einfangquerschnitt für Neutronen bei diesen neuen Brennstoffen erheblich grösser ist als derjenige der entsprechenden Oxyde (auf Grund der in dem Eutektikum enthaltenen Menge an Nitrid). Man muss deshalb entweder die Benutzung der neuen Brennstoffe in Reaktoren mit raschen Neutronen oder aber die   Spaltstoff-Anreicherung   im Falle von Reaktoren mit langsamen Neutronen ins Auge fassen. 

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   Wenn beispielsweise im letzteren Falle der verwendete Brennstoff vom Eutektikum   UO/UN   gebildet ist, wird es geboten sein, das Uran je nach der Eigenart des Reaktors bis zu einem Gewichtsgehalt von 1 bis   5%   mit U 235 anzureichern. 



   Eine andere Lösung, die ebenfalls für Reaktoren mit langsamen Neutronen möglich ist. besteht in der Verwendung eines Brennstoffs, der zugleich Uran und Plutonium gemäss der Formel UO/PuN enthält und etwa eine Zusammensetzung des Eutektikums hat, in welcher der molekulare Prozentsatz   anUO   zwischen   65-'75% beträgt.    



   Es ist festzustellen, dass diese neuen hochtemperaturfesten Produkte ausgehend von Zusammensetzungen erhalten werden können, die nicht streng dem Eutektikum entsprechen, ihm jedoch nahekommen und insbesondere Eigenschaften haben, die den oben erwähnten analog sind. 
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 auch neue hochtemperaturfeste Produkte, die die vorstehend genannten Eigenschaften (gute LeitfähigKeit, Widerstandsfähigkeit gegen Oxydation) aufweisen und von einem Eutektikum gebildet sind, das der For-   meIXO/XN   oder XO/YN entspricht, worin mindestens eines der Bestandteile X bzw. Y ein Element aus der Gruppe der Lanthaniden, wie Lanthan oder Praseodym bedeutet. 



   Im allgemeinen enthält das Eutektikum, welches ausgehend von den   beidenKomponenten XO einer-   
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XNtrids) gegeben, schwankt jedoch je nach der Wahl des Oxyds und des Nitrids. Dieses Verhältnis kann gleich 1 sein. wie beispielsweise im Falle des Eutektikums   UO/UN,   welches aus einem Molekül UO auf ein Molekül UN zusammengesetzt ist. In jedem speziellen Fall gestatten die mikroskopischen Untersuchungen der durch Abkühlung einer Schmelze der beiden Bestandteile erhaltenen festen Phase und die spätere Analyse   derjenigen : Zone,   die das Eutektikum enthält, eine leichte Bestimmung der genauen Zusammensetzung desselben. 



   Wenn man ein Eutektikum zu erhalten wünscht, das ausgehend von zwei verschiedenen Metallen gebildet wird und also der Formel   XO/YN   entspricht, lässt sich voraussehen, welches Metall im erhaltenen Eutektikum in der Form des Oxyds und welches Metall in der Form des Nitrids vorhanden sein wird, indem man sich auf die Entstehungswärme der Oxyde und Nitride dieser beiden Metalle stützt, wobei das gebil- 
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 der Tatsache beruht, dass das Eutektikum   ThO/UN   der grössten Entstehungswärme entspricht. 



   Zufolge ihrer eutektischen Zusammensetzung haben die neuen temperaturfesten Produkte, wie reine Stoffe, einen eindeutigen Schmelzpunkt, der unterhalb der Schmelzpunkte ihrer Bestandteile liegt. So hat das Eutektikum   UO/UN   einen Schmelzpunkt von etwa 2200 C, während der Schmelzpunkt   vonUO bei   etwa   2 850 C   und derjenige von UN bei etwa 2 600 C liegt. Es ist jedoch wichtig festzuhalten, dass der Schmelzprozess von UO mit einer erheblichen Dampfbildung verbunden ist und dass der Schmelzprozess von UN eine Dissoziation dieser Zusammensetzung hervorruft. Im Gegensatz hiezu erfolgt beim Schmel-   zen desEutektikums UO/UN kein Zerfall desselben, wenn man vorsorglich in einer Stickstoffatmosphäre    arbeitet.

   Diese sehr wichtige Eigenschaft gestattet es, neue hochtemperaturfeste Produkte in massiver Form und der theoretischen Dichte zu erhalten, was ein gewisser Vorteil für zahlreiche Anwendungen ist. 



  Während die bisher benutzten hochtemperaturfesten Brennstoffe in kostspieligen Verfahren der Pulvermetallurgie hergestellt werden mussten (da es beinahe unmöglich ist, sie im Schmelzzustand zu gewinnen), wird es nunmehr möglich, die Herstellung der hochtemperaturfesten Stücke in jeder gewünschten Form durchzuführen, indem man sie einfach in einer geeigneten Giessform unter Stickstoffatmosphäre giesst. 



  Diese Vereinfachung stellt einen sehr wichtigen technischen Fortschritt dar und gestattet die Beschleunigung und rasche Aufeinanderfolge der Produktion bei beachtlicher Verringerung der Gestehungskosten. 



   Die Erfindung hat auch ein Herstellungsverfahren der vorstehend erläuterten neuen feuerfesten Produkte zum Gegenstand. Wesentlich ist bei diesem Verfahren, dass man von einem Gemisch ausgeht, welches   ein Metalloxyd XO und einMetall XoderY   enthält, wobei der molekulare Prozentsatz an Oxyd und an Metall in diesem Gemisch zumindest angenähert dem molekularen Prozentsatz dieses Metalloxyds bzw. des Metallnitrids in dem entsprechendenEutektikum entspricht, und den Schmelzprozess dieses Gemisches sowie die Nitrierung des Metalls bei starker Erhitzung unter Stickstoff-Atmosphäre durchführt. Die Abkühlung der flüssigen, so erhaltenen Schmelze ergibt dann nach Erhärtung die eutektische Zusammensetzung   XO/XN   oder   XO/YN.   



   Gemäss einer abgewandelten Arbeitsweise geht man für die Herstellung eines Eutektikums   XO/XN   

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 von einem Gemisch aus, welches   einMeialloxyd XO und   Kohlenstoff enthält, wobei der molekulare Prozentsatz an Kohlenstoff in diesem Gemisch im wesentlichen das Doppelte des molekularen Prozentsatzes an Nitrid im   entsprechendenEutektikum   ist.

   Man führt den Schmelzprozess dieses Gemisches wie auch die Reduktion eines Teiles des Oxyds in den metallischen Zustand sowie die Nitrierung des durch die er-   wähnte Reduktion eines Teiles   des Oxyds erhaltenen Metalls mittels Erhitzung unter hoher Temperatur bei Stickstoffatmosphäre durch, wobei die Abkühlung des Bades bzw. der flüssigen Schmelze dann nach Erhärtung die eutektische Zusammensetzung   XO/XN   ergibt. 



   Gemäss einer   bevorzugtenDurchführungsform   dieses Verfahrens beträgt der Druck des während der Erhitzung verwendeten Stickstoffs zwischen   50 - 760   mm Quecksilbersäule, wobei der Stickstoff durch ein inertes Gas verdünnt sein kann und der Gesamtdruck der Gase unterhalb 760 mm Quecksilbersäule bleibt oder diesen Wert eben erreicht. Die Erhitzung wird mittels Induktion oder mittels eines Lichtbogenofens durchgeführt. 



   Bei der Erhitzung des Gemisches der Ausgangsstoffe entsteht rasch eine flüssige Phase, die den guten Kontakt zwischen diesen Stoffen sicherstellt. 



   Wenn die Ausgangsstoffe aus einem Gemisch von Oxyd und Metall bestehen, bildet sich die flüssige Phase dadurch verhältnismässig schnell, dass vorerst das Metall schmilzt, was durch die hohe Temperatur (beispielsweise 2   500 C),   bei welcher man arbeitet, erleichtert wird, und sodann sich die auflösende Wirkung des Metalls gegenüber dem Oxyd auswirkt. 
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Man gelangt dann wieder zum vorstehenden Verfahren. 



   Im einen oder andern Fall nitriert sich das geschmolzene Metall bei der Berührung mit dem Stick- stoff und man erhält somit innerhalb ein und desselben Bades ein Gemisch aus Metalloxyd und Metallnitrid. Die Zusammensetzung dieses Bades ist bestimmt durch diejenige des Gemisches der Ausgangsstoffe, die in jedem Fall derart passend gewählt werden muss, dass die Zusammensetzung der flüssigen Phase im wesentlichen identisch mit der Zusammensetzung des im festen Zustand nach Abkühlung des Bades erhaltenen Eutektikums ist. Unter diesen Bedingungen wird die Zusammensetzung der festen Phase an allen Stellen gleichartig sein und sie wird in gleicher Weise in jedem Augenblick mit derjenigen der flüssigen Phase identisch sein, die über dem verfestigten Teil steht. Mit andern Worten gesagt : Die starre Masse wird vollkommen homogen und ihre Zusammensetzung unveränderlich sein. 



   Wenn man eine fortlaufende Herstellung durchzuführen wünscht, ist es vorteilhaft, die Ausgangsstoffe in   derForm   von   kleinen Presslingen,   Pastillen oder Plättchen einzuführen, welche die gewünschte Zusammensetzung haben, was besonders günstig ist, wenn man von einem Gemisch eines Metalloxyds mit Kohlenstoff ausgeht. Wenn man von einem Gemisch eines Metalloxyds mit einem Metall ausgeht, kann man das Oxyd in der Form von   kleinenkörnern   zuführen, welche beispielsweise einige Millimeter Durchmesser haben, und das Metall in der Form von kleinen Spänen. Jedenfalls erhält man im Anschluss an die Bildung der flüssigen Phase rasch ein inniges Gemisch der Bestandteile. 



   In all den Fällen, in welchen ein Metalloxyd vorliegt, welches leicht durch den Kohlenstoff unter Freisetzung des Metalls reduziert werden kann, ist es besonders vorteilhaft, auf diese Weise das Metall in situ zu erzeugen, denn die Herstellung des Metalloxyds geschieht im allgemeinen unter viel wirtschaftlicheren Bedingungen als diejenige des entsprechenden Metalls. 



   So ist es beispielsweise günstig, bei der Herstellung desEutektikums UO/UN von einem äquimolekularen Gemisch aus Urandioxyd und Kohlenstoff auszugehen. 



   Die Erhitzung, welche den Schmelzvorgang sicherstellen soll, kann entweder mittels eines Lichtbogens oder mittels Induktion erfolgen, was in beiden Fällen den Vorteil ergibt, dass ein innerer Rührvorgang entsteht, der die Homogenität noch verbessert. 



   Bei Durchführung eines Schmelzprozesses im Lichtbogen arbeitet man mit einer sich nicht aufbrauchendenElektrode, deren aktiver Teil aus einem Material besteht, welches mit Stickstoff bei hoher Temperatur nicht reagiert, wie beispielsweise Wolfram. Man lässt den Lichtbogen'beispielsweise bei einem Strom von etwa 500 bis   2 000   Ampere und einer Spannung von etwa 15 bis 20 Volt brennen. wobei diese beiden Faktoren hauptsächlich von der Menge des zu verarbeitenden Ausgangsmaterials abhängen. 



   Das Reaktionsgefäss wird vor der Erhitzung mit Stickstoff gefüllt, wobei dieser Stickstoff gegebenenfalls mittels eines inerten   Gases'verdünnt   werden kann, wie etwa mittels Argon oder Helium. Der Druck 
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   Betriebsweise des Lichtbogens ist es vorzuziehen, dass der gesamte Gasdruck (Stickstoff allein oder auch Stickstoff + inertes Gas) unter 760 mm Quecksilbersäule liegt. In diesem Druckbereich hat der partielle Druck des Stickstoffs keinen erheblichen Einfluss auf die Nitrierungs-Reaktion, welche sich, sobald das Metall geschmolzen ist, sehr rasch vollzieht. Wegen dieser Nitrierungs-Reaktion erniedrigt sich der Druck des Stickstoffs und es ist folglich notwendig, neuen Stickstoff während der ganzen Dauer der Behandlung einzuleiten. 



  Wenn man das Metall (in situ) mittels Reduktion eines Metalloxyds durch Kohlenstoff erzeugt, bildet sich Kohlenoxyd und man sieht folglich zusätzlich zurEinführungsleitung des Stickstoffs eine Leitung vor. mittels welcher das Kohlenoxyd entsprechend seiner Bildung entweichen kann. 



  Das Herstellungsverfahren der neuen feuerfesten Produkte lässt sich mit Unterbrechungen mittels jeder bekannten Vorrichtung durchführen, indem man beispielsweise einen Tiegel mit den Ausgangsstoffen beschickt, welcher mit einem Kühlsystem versehen ist, und unter einer Stickstoffatmosphäre in einem geschlossenen Behälter angeordnet wird. 



  Gemäss einer bevorzugtenAusführungsform der Erfindung kann man das Verfahren auch kontinuierlich durchführen, indem man eine nachfolgend beschriebene Vorrichtung benutzt. 



  Diese Vorrichtung ist im wesentlichen gekennzeichnet durch einen Lichtbogenofen, eine im Ofen angeordnete kontinuierlich oder intermittierend arbeitende Beschickungsvorrichtung, eine Zuleitung für den Stickstoff und eine Austrittsleitung für denselben, ein vom Innendruck des Ofens gesteuertes Gaseinlassventil, einen unten offenen Tiegel mit kühlbaren Seitenwänden und einer sich nach unten erstreckenden zylindrischen Verlängerung der Seitenwände, einen beweglichen Kolben im Inneren dieser Verlängerung und eine nach Massgabe der stetigen Bildung des Barrens in der Verlängerung des Tiegels regelbare Einrichtung zur Verschiebung des Kolbens. 



  Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung auch Regeleinrichtungen zur Kopp- lung der Geschwindigkeit der fortlaufenden Beschickung und der Geschwindigkeit, mit welcher der Kolben ebenfalls sich mehr und mehr absenkt, so dass der Oberflächenspiegel der Schmelze auf einem festen Wert gehalten wird. 



  Diese Vorrichtung ist in einem vertikalen schematischen Schnitt in der Zeichnung dargestellt. Man erkennt in der Zeichnung eine sich nicht verbrauchende Elektrode 1 aus Kupfer, die ins Innere eines abgedichtetenOfens 2 ragt. Diese Elektrode l ist hohl und über eine Zuleitung 3 und eine Rückleitung 4 mit Wasser gekühlt. Sie ist an ihrem unteren Ende durch einen Finger 5 aus Wolfram verlängert. Unterhalb der Elektrode 1 ist eirtschmelztiegel 6, beispielsweise aus Kupfer, angebracht, der bei'7 mit Wasser gekühlt ist, welches bei 8 zuströmt und bei 9 abfliesst. Der Tiegel 6 und die Elektrode 1 sind mit den Anschlussklemmen des Stromes verbunden, wobei und wie üblich und daher in der Zeichnung nicht darge-   
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Vorrichtungeinen Zylinder 10   verlängert,   der an seiner Basis offen ist.

   Im Zylinder 10 kann sich mit leichter Reibung ein Kupferkolben 11 verschieben, der bei 12 mit Wasser gekühlt ist, wobei das Heruntergehen dieses Kolbens durch irgendwelche geeigneten Mittel erfolgen kann, wie sie schematisch bei 13 (Ritzel und Zahnstange) dargestellt sind, und dieses Heruntergehen mit einer beliebig regelbaren Absenkgeschwindigkeit erfolgt. 



   Man verbindet anderseits mit dieser Anordnung eine im wesentlichen fortlaufende kontinuierlich arbeitende Vorrichtung zur Beschickung mit dem Reaktionsgemisch, welches beispielsweise in Form von Pastillen 14 eingeführt wird. So können diese Pastillen   z. B.   im voraus in einen Raum 15 eingefüllt werden, aus welchem sie nacheinander durch eine geeignete Fördervorrichtung wie etwa einen Kolben 16, zum Tiegel 6 hin   weggeführt   werden. 



   Es kann eine spezielle Einrichtung vorgesehen sein, welche die automatische Wägung der Ausgangsstoffe, dann ihre Mischung und Pressung in Pastillenform vornimmt. 



     Die Zuführung des Stickstoffs,   allein oder in Verdünnung mit einem inerten Gas ins Innere des Ofens 2 geschieht mittels eines Rohres 17. Das Schutzgas kann in beliebig regelbarer Menge mittels eines Rohres 18 abgezogenwerden, welches mit einem Ventil 19versehen und an eine in der Zeichnung nicht dargestellte Pumpe angeschlossen ist. Ein Manometer 20 zeigt in jedem Augenblick den im Behälter herrschenden Druck an. Das Rohr 17 ist an einen in der Zeichnung nicht dargestellten Speicher für den unter Druck stehenden reinen oder mit einem inerten Gas gemischten Stickstoff angeschlossen.

   Dieses Rohr 17 ist mit einem Ventil 21 ausgestattet, welches mit einem automatischen Regelsystem (wie es in der Praxis vielfach bekannt ist) versehen ist, das die Einleitung des Stickstoffs oder des Gasgemisches in Abhängigkeit von dem   im Behälter herrschenden   Druck derart zu regeln gestattet, dass dieser Druck auf einem konstanten und vorausbestimmten Wert gehalten wird. 

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   Wie oben gesagt, hat der Druck des Stickstoffs, für sich allein betrachtet, keinen erheblichen Einfluss auf die Nitrierungs-Reaktion. Man ist jedoch praktisch an einer Konstanthaltung des Druckes interessert, um nicht die Arbeitsweise des Lichtbogens zu ändern und um so das Verfahren unter im wesent-   lichenkonstanten   und reproduzierbaren Bedingungen durchführen zu können. In gleicher Weise wird man vorzugsweise einen Gesamtdruck unter oder   gleich 760   mm Quecksilbersäule aufrechterhalten, um das Arbeiten mit dem Lichtbogen zu erleichtern. 



   Da der Antrieb für die Verschiebung des Kolbens unter atmosphärischem Druck steht. kann man beim
Arbeiten unter reduziertem Druck eine Zugvorrichtung, wie etwa eine Feder 22 (oder sonstige analoge
Vorrichtungen) vorsehen. um den Druck automatisch auszugleichen. 



   Nachdem die ersten Pastillen 14 und 23 unter der Wirkung des Lichtbogens in schmelzflüssigen Zustand gelangt sind. vollzieht sich die Nitrierung rasch und man erhält somit eine flüssige Phase, die ein Eutektikum bestehend aus Metalloxyd und -Nitrid enthält. Dieses Eutektikum verfestigt sich bei 24 ober- halb des   gekühlten Kolbens   11. Wenn man dann die Geschwindigkeit des absteigenden Kolbens 11 mit der Geschwindigkeit, mit welcher die Pastillen 14 eingeführt werden, derart koppelt, dass die Oberfläche der Metallschmelze in einer im wesentlichen festen Höhenlage bleibt, kann man die Spannung des Lichtbogens zwischen Elektrode und Bad auf einem bestimmten Wert konstant halten und man erhält auch gleichzeitig einen Barren, der kontinuierlich aus dem Ofen entnommen werden kann. 



   Es können Steuervorrichtungen zur automatischen Unterbrechung des Lichtbogens, zum Anhalten der Beschickung und der absteigenden Bewegung des Kolbens vorgesehen sein, für den Fall, dass der Barrenim Zylinder 10 die gewünschte Länge erreicht hat. 



   Es ist auf diese Weise möglich, nach Belieben und in einem einzigen Arbeitsgang einen Barren von dem verlangten Durchmesser und der verlangten Länge zu erhalten. Wenn ferner der Aussendurchmesser eine sehr grosse Massgenauigkeit aufweisen muss, kann man die Bearbeitung des Barrens nach den üblicherweise bei keramischem Material angewandten Verfahren vornehmen. 



   Im folgenden werden verschiedene. die Erfindung nicht einschränkende Beispiele des Herstellungverfahrens für neue hochtemperaturfeste Produkte beschrieben. Die Vorrichtungen zur Durchführung sind, soweit sie im Zusammenhang mit diesen Beispielen erläutert werden, als Teile der Erfindung zu betrachten, wobei äquivalente Ausführungen den Rahmen der Erfindung nicht verlassen. 



     Beispiel l :   Dieses Beispiel bezieht sich auf die Herstellung eines hochtemperaturfesten Brennstoffs, der aus einem Eutektikum UO/UN besteht. Man nimmt diese Herstellung in einem Apparat ähnlich dem in der Zeichnung beschriebenen vor. Es werden die Ausgangsstoffe in der Form von Pastillen ein-   geführt,   die ein äquimolekulares Gemisch aus Urandioxyd und Kohlenstoff enthalten. 



   Der Lichtbogenofen ist mit Stickstoff von einem Druck von 200 mm Quecksilbersäule gefüllt, den man während des Gesamtarbeitsganges aufrechterhält. Der Strom beträgt 800 Ampere bei einer Spannung von 15 Volt. Man erhält so das Eutektikum   UO/UN   in der Form von Barren mit 30 mm Durchmesser und 200 mm Länge. 



   Beispiel 2 : Dieses Beispiel bezieht sich auf die Herstellung eines hochtemperaturfesten Brennstoffs, welcher aus einem Eutektikum ThO/UN besteht. Die Zusammensetzung dieses Eutektikums entspricht   0, 25   Molekül   ThO   auf   0,'75   Molekül UN. Man führt in den beim Beispiel 1 verwendeten Lichtbogenofen ein Gemisch ein, dessen Zusammensetzung 0. 25 Molekül   ThO     auf 0,'75   Molekül Uran entspricht. Es wird ein Gemisch aus Stickstoff und Argon benutzt, und man hält während des Gesamtarbeitsganges im Behälter einen Gesamtdruck von 600 mm Quecksilbersäule aufrecht, wobei der Partialdruck des Stickstoffs gleich 200 mm Quecksilbersäule ist. Man lässt einen Strom von 1000 Ampere bei einer Spannung von 15 Volt fliessen.

   Es ergibt sich das Eutektikum ThO/UN in der Form von Barren mit 40 mm Durchmesser und 300 mm Länge. 
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 Gemisches entspricht 1 Molekül   ThO   pro 1, 7 Molekül Kohlenstoff. Der Lichtbogenofen wird mit Stickstoffgas unter einem Druck von 500 mm Quecksilbersäule gefüllt. welcher während der Gesamtarbeitsdauer aufrechterhalten wird. Der Strom beträgt 800 Ampere bei einer Spannung von 15 Volt. Es ergibt sich das Eutektikum   ThO/ThN   in Form von Barren mit 15 mm Durchmesser und 150 mm Länge. 



   Wie es sich von selbst versteht und wie es schon aus dem vorstehenden hervorgeht, sind auch andere Anwendungen und Ausführungen in Betracht zu ziehen, die den Rahmen der Erfindung nicht verlassen. So lässt sich die Erfindung insbesondere für die Herstellung eines Eutektikums der Formel XO/XN oder der 

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Formel XO/YN verwenden, wobei in diesen FormelnX und/oderY nicht nur ein einziges aus der Gruppe der
Aktinide oder derLanthanide   ausgewähltes Metall   bezeichnen können, sondern zwei oder mehrere Metalle dieser Gruppen, welche isomorphe Oxyde oder Nitride haben und in der Lage sind, feste Lösungen zu bilden. 



    PATENTANSPRÜCHE ;    
1. Hochtemperaturfestes Produkt, dadurch gekennzeichnet, dass es aus einem Eutektikum nach einer   derFormeInXO/XN oderXO/YN   besteht, in welchen X und Y Elemente bezeichnen, die zur Gruppe der
Aktinide oder der Gruppe Lanthanide gehören.

Claims (1)

  1. 2. Verfahren zur Herstellung eines Produktes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Metalloxyd und ein Metall in einem solchen Verhältnis gemischt werden, dass der molekulare Prozentsatz des Oxyds und des Metalls in diesem Gemisch gleich dem molekularen Prozentsatz dieses Oxyds und des Metallnitrids im entsprechenden Eutektikum ist, dieses Gemisch unter einer Stickstoffatmosphäre zum Schmelzen erhitzt und gleichzeitig nitriert und die erhaltene Schmelze mit eutektischer Zusammensetzung abgekühlt wird.
    3. Verfahren zur Herstellung eines Produktes nach Anspruch l, mit der Formel XO/XN, dadurch gekennzeichnet, dass man ein Metalloxyd mit Kohlenstoff in einem solchen Verhältnis mischt, dass der molekulare Prozentsatz an Kohlenstoff in diesem Gemisch im wesentlichen das Doppelte des molekularen Prozentsatzes an Nitrid in dem entsprechenden Eutektikum ist, dieses Gemisch in einer Stickstoffatmosphäre unter gleichzeitiger Reduktion eines Teiles des Oxyds und Nitrierung zum Schmelzen erhitzt und die erhaltene Schmelze mit eutektischer Zusammensetzung abkühlt.
    4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck des Stickstoffs zwischen 50 und 760 mm Quecksilbersäule liegt.
    5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Stickstoff mit einem inerten Gas verdünnt wird, wobei der Gesamtdruck der Gase unter 760 mm Quecksilbersäule liegt oder gleich diesem Wert ist.
    6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch einen Lichtbogenofen (2), eine kontinuierlich arbeitende Beschickungsvorrichtung (15, 16) zur fortlaufenden Beschickung des Ofens (2) mit dem Gemisch (14), eine Zuführungsleitung (17) für den Stickstoff und eine Austrittsleitung (18) für denselben, sowie ein regelbares Gaseinlassventil (21) zur Regelung der Durchflussmenge des Gases in Abhängigkeit vom Druck im Ofen (2). einen Schmelztiegel (6), welcher eine untere zylindrische Verlängerung (10) hat, einen Kühler (7, 8, 9) zur Abkühlung dieses Tiegels (6) sowie einen im Inneren dieser Verlängerung beweglichen Kolben (11) und eine Absenkvorrichtung (13) zur Steuerung der Verschiebung des Kolbens (11) entsprechend der Bildung des Barrens.
    9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtbogenofen (2) mit einer Metallelektrode (1) versehen ist.
AT489062A 1961-06-21 1962-06-18 Hochtemperaturfeste Produkte, insbesondere für Reaktorbrennstoffe und Herstellungsverfahren hiefür AT232612B (de)

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