AT270830B - Verfahren zur Herstellung von mit einer diffusionshemmenden Schicht versehenen, hochtemperaturbeständigen Teilchen auf karbidischer Pasis - Google Patents

Description

   <Desc/Clms Page number 1> 
 



  Verfahren zur Herstellung von mit einer diffusionshemmenden
Schicht versehenen, hochtemperaturbeständigen Teilchen auf karbidischer Basis 
 EMI1.1 
 

 <Desc/Clms Page number 2> 

 
Die organischen Füllsubstanzen werden vorzugsweise aus den Polyalkoholen ausgewählt. Die Mischung wird in ein Bad,   z. B.   ein Ölbad, versprüht. Die gespritzten und kondensierten Teilchen müssen vor der
Weiterverarbeitung sorgfältig getrocknet bzw. entwässert werden. Die Trocknung kann auch unter
Schutzgasatmosphäre und in einem Wirbelbett erfolgen. 



   Werden die Teilchen in einem Wirbelbett getrocknet, so können in diesem unter Fluidisation mit inertem Gas, vorzugsweise Argon, eventuell mit geringem   H-Zusatz,   die organischen Materialien durch allmähliche Temperatursteigerung verkokt und das Uran in das Karbid übergeführt werden. Der
Kohlenstoff für die Karbidbildung rührt von den organischen Materialien her. Nach Erreichen einer
Temperatur von zirka 15000C wird in an sich bekannter Weise durch Zersetzen von
Kohlenwasserstoffen, vorzugsweise Methan, eine Pyrokohlenstoff-Zwischenschicht auf den Teilchen abgeschieden, die etwa 5 bis   10 jU   stark ist. 



   Sollen die Teilchen bei Betriebstemperaturen von über 20000C verwendet werden, dann ist es notwendig, die so erhaltenen Teilchen unter Fluidisation mit Argon auf eine Temperatur von 22000C zu bringen und auf dieser Temperatur geraume Zeit zu halten, damit die sich im Kern der Teilchen bildenden Gase entweichen können. Hierauf werden die Teilchen wieder durch thermische Zersetzung von Kohlenwasserstoffen bei entsprechender Temperatur mit Pyrokohlenstoff bis zur gewünschten
Schichtdicke überzogen. Diese Beschichtung erfolgt vorzugsweise bei Temperaturen zwischen 2200 und   2500 C,   da hiebei Pyrokohlenstoff mit hoher Dichte (zirka   2,     2 g/cm3)   sowie besonders guten thermischen und mechanischen Eigenschaften abgeschieden werden kann.

   Diese für Kernbrennstoff- teilchen extrem hohen Beschichtungstemperaturen können nur infolge der   erfmdungsgemäss   unterbleibenden Karbiddiffusion in die Hüllschichten angewendet werden. 



   Während der erwähnten Glühbehandlung,   d. h.   bei der Erhitzung auf über   2200 C   bzw. der
Beschichtung, wird der im Kern vorhandene, von der Verkokung des organischen Materiales stammende mehr oder weniger amorphe Kohlenstoff infolge der Wechselwirkung mit dem Metallkarbid in eine die
Karbide rückhaltende Form übergeführt. Selbstverständlich kann die Glühbehandlung auch in an sich bekannter Weise mit oder ohne Pyrokohlenstoff-Zwischenschicht in statischer Form,   z. B.   in einem Graphit- oder Russbett, durchgeführt werden. 



   Die Metallkonzentration im Kern beträgt je nach der Ausgangskonzentration nach der Verkokung bis zu zirka 70 Gew.-%. 



   Die Teilchen werden nach der Beschichtung auf Zimmertemperatur abgekühlt, dem Wirbelbett entnommen und in an sich bekannter Weise zu Brennelementen weiterverarbeitet. 



   In dieser Weise hergestellte Teilchen zeigten nach 50stündigem Glühen bei   2400 C   in Argon keine wie immer geartete Diffusion des Metallkarbides in die Pyrokohlenstoffbeschichtung. Es hat sich weiter gezeigt, dass bei erfindungsgemäss hergestellten   UC-Teilchen   selbst bei über   10stündigem   Glühen bei Temperaturen zwischen 2500 und 26000C wobei letztere bereits über der Schmelztemperatur des UC2 liegt, keinerlei Diffusion des Kernbrennstoffes auftritt. 



   Das Verfahren ist selbstverständlich nicht auf Uran beschränkt, sondern kann in gleicher Weise auch auf die in der Reaktortechnik interessanten hochschmelzenden Karbide der vierten, fünften und sechsten Nebengruppe des periodischen Systems, sowie der seltenen Erden, des Bors, des Thoriums und des Plutoniums angewendet werden. Die Elemente können hiebei in Form von Einzelkarbiden oder als Mischkarbide vorliegen. 



   Bei der Beschichtung müssen nicht unbedingt Pyrokohlenstoffüberzüge verwendet werden, sondern es können auch in an sich bekannter Weise Überzüge vorwiegend karbidischer Natur, wie SiC, CrC, TaC und auch Graphit aufgebracht werden, soweit sie bei den gewünschten Verwendungstemperaturen thermodynamische Stabilität gegenüber Pyrokohlenstoff besitzen. 



   Die erfindungsgemäss hergestellten Teilchen können selbstverständlich auch bei niedrigeren Reaktortemperaturen verwendet werden. 

**WARNUNG** Ende DESC Feld kannt Anfang CLMS uberlappen**.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE : 1. Verfahren zur Herstellung von mit einer diffusionshemmenden Schicht versehenen, hochtemperaturbeständigen Teilchen auf karbidischer Basis für die Kernenergieerzeugung, insbesondere aus Karbiden der Kernbrennstoffe und Reaktorgifte, wobei Verbindungen der Metalle mit organischen EMI2.1 lösliche, vorzugsweise wasserlösliche, Verbindung der Metalle mit den organischen, vorzugsweise kondensierbaren, Substanzen vermischt, diese Mischung versprüht und dabei gegebenenfalls kondensiert, <Desc/Clms Page number 3> dass dann unter Fluidisation und allmählicher Temperaturerhöhung die organische Substanz verkokt und das Karbid gebildet wird und bei Erreichen der notwendigen Temperatur die Teilchen mit einer ersten aus einem Gas abgelagerten Schicht überzogen werden,

   und dass die Teilchen sodann auf eine Temperatur über der Dauerbetriebstemperatur erhitzt und auf dieser Temperatur längere Zeit gehalten werden, worauf in diesem Temperaturbereich die Ablagerung einer zweiten Schicht erfolgt. EMI3.1 des Verkokens und der Wärmebehandlung in inertem Medium, gegebenenfalls mit geringem Zusatz von H, fluidisiert werden. EMI3.2 dass die äussere Schicht, vorzugsweise eine Pyrokohlenstoffschicht, im Temperaturbereich von 3000C unterhalb des Schmelzpunktes bis zum Schmelzpunkt des Karbids aufgebracht wird. EMI3.3