DE1130798B

DE1130798B - Verfahren zur Herstellung von Uranmonocarbid

Info

Publication number: DE1130798B
Application number: DEV17955A
Authority: DE
Inventors: Walter Duebel; Walter Flurschuetz; Rudolf Kohlermann
Original assignee: HARTMETALLWERK VEB
Current assignee: HARTMETALLWERK VEB
Priority date: 1960-01-27
Filing date: 1960-01-27
Publication date: 1962-06-07

Description

Verfahren zur Herstellung von Uranmonocarbid Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Uranmonocarbid, welches sich dadurch auszeichnet, auf einfache Art und Weise ein reines Monocarbid bei relativ niederen Temperaturen herzustellen.
Dem Uranmonocarbid kommt in jüngerer Zeit in bezug auf seine wirtschaftliche Verwendung, insbesondere im Hinblick auf die Verwendung als Kernbrennstoff für moderne Reaktortypen, erhöhte Bedeutung zu. Uranmonocarbid weist gegenüber dem reinen Uran als Kernbrennstoff auf Grund seiner mechanischen, thermischen und chemischen Eigenschaften eine Reihe von Vorteilen auf. Nachteilig bei reinem Uran für den aufgezeigten Zweck ist unter anderem die starke Korrosionsanfälligkeit gegenüber Luft und Wasser, die schon bei Raumtemperatur vorhanden ist. Besonders störend am reinen Uran bei Verwendung als Kernbrennstoff wird die große Gittervolumenänderung empfunden, die dadurch bedingt ist, daß das reine Uran in Abhängigkeit von der Temperatur in drei beständigen Modifikationen auftritt. In dem Bestreben, diese Nachteile zu umgehen, wurde auch schon versucht, Urandioxyd als Kernbrennstoff zu benutzen. Nachteilig am Urandioxyd ist die geringe Temperaturwechselbeständigkeit, die relativ schlechte Wärmeleitfähigkeit und der gegenüber dem Ummantelungsmaterial unterschiedliche Ausdehnungskoeffizient.
Durch die Verwendung von Uranmonocarbid als Kernbrennstoff werden die dem reinen Uran und dem Urandioxyd anhaftenden Mängel umgangen. Es hat in der Vergangenheit nicht an Versuchen gefehlt, Uranmonocarbid für den vorgesehenen Zweck in einer ausreichenden Reinheit herzustellen. So ist beispielsweise bekannt, bei der Herstellung von Urancarbid von Uranmetallpulver auszugehen und diesem Ausgangspulver Zuckerkohle beizumischen, dieses Pulvergemisch zu pressen und den Preßling anschließend in Kohleschiffehen unter Argonschutzgas bei 1800°C im Kohlerohrofen zu erhitzen. Die USA.-Patentschrift 2 526 805 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Urancarbid, wobei Uran in metallischer Form und Kohlenstoff in Tiegeln aus Graphit bzw. Zirkon- oder Berylliumoxyd bei Temperaturen zwischen 1800 und 2000° C im Vakuum bzw. in einer Kohlendioxydatmosphäre im flüssigen Zustand zur Reaktion gebracht werden. Es ist auch bekannt, bei der Herstellung von Uranmonocarbid von Uranoxyd auszugehen und dieses Ausgangsoxyd nach der in der Pulvermetallurgie üblichen Technologie weiter zu verarbeiten, indem z. B. Urandioxyd in einem Arbeitsgang bei entsprechendem Kohlenstoffzusatz unter Schutzgas oder im Vakuum reduziert und carburiert wird. So schlägt die USA.-Patentschrift 2 448 479 vor, Urandioxyd und Kohlenstoff im stöchiometrischen Verhältnis in einem Graphittiegel bei Temperaturen zwischen 1750 und 2375° C zur Reaktion zu bringen. Nachteilig an den bisher bekanntgewordenen Verfahren zur Herstellung von Uranmonocarbid ist, daß Carburierungstemperaturen in der Höhe von 1750 bis 2375° C erforderlich sind. Abgesehen davon, daß derartig hohe Temperaturen bei der großtechnischen Fertigung nur unter beträchtlichem ofentechnischem Aufwand zu erreichen sind, führen derartig hohe Carburierungstemperaturen zwangläufig zur Bildung eines nicht gewollten U C2 Anteiles. An den bisher bekanntgewordenen Verfahren ist weiterhin nachteilig, daß trotz der Anwendung von relativ hohen Carburierungstemperaturen das Carbid nicht vollständig mit Kohlenstoff abgebunden ist und ein Teil des Kohlenstoffes in freier Form vorliegt. Die bisher bekanntgewordenen Verfahren sind nicht geeignet, ein von anderen Carbidstufen, ungebundenen Kohlenstoff und sonstigen Bestandteilen, wie Uran in metallischer oder oxydischer Form, freies Uranmonocarbid herzustellen.
Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu beseitigen und ein Verfahren zu entwickeln, mit dessen Hilfe es möglich ist, bei relativ niederen Temperaturen ein graphitarmes, mit Kohlenstoff abgebundenes und von anderen Bestandteilen freies Uranmonocarbid herzustellen. Es wurde überraschenderweise gefunden, daß es möglich ist, die Aufgabe zu lösen, wenn ein Uranoxyd-Kohlenstoff-Gemisch in Tiegeln aus hochschmelzenden, unterhalb 1600° C mit Uranoxyd, Kohlenstoff und/oder Urancarbid schlecht reagierenden Metalloxyden, insbesondere Sinterkorund, im Vakuum bei Temperaturen, untenhalb 1600° C zur Reaktion gebracht wird.
Das nach der Erfindung hergestellte Uränfnofiöcarbid zeichnet sich durch eine hohe. Reinheit-°aus; Der Carbidkuchen, A er auf Grund der niederen Carburierungstemperatur nur lose zusammengebacken ist, läßt sich ohne großen Aufwand zerkleinern. Außerdem ist vorteilhaft, daß @ das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Uranmonocarbid einen sehr hohen Gehalt -an- gebundenem Kohlenstoff, der dem stöchiometrischen Gehalt sehr nahe kommt, aufweist und der Gehalf an ungebundenem Kohlenstoff unter 0,05% liegt. Durchgeführte röntgenographische Untersuchungen ergaben, daß das nach der Erfindung hergestellte Uranmonocarbid keine anderen Verbindungen des Kohlenstoffes mit Uran enthält.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung beschrieben: Uranoxyd mit einem Verhältnis von Sauerstoff zu Uran von 2,035 wird im stöchiometrischen Verhältnis mit Ruß in Kugelmühlen mehrere Stunden vermengt. Das Gemenge wird in Behälter aus Sinterkorund eingefüllt. Die Carburierung erfolgt in einem induktionsbeheizten Vakuumofen. Der Druck im Vakuumofen soll während der Carburierung 5 - 10-1 Torr nicht überschreiten. Die Carburierungsdauer beträgt 2 Stunden bei 1500° C. Zum Abkühlen- -wird " der Vakuumofen nach der vorgesehanen: -ärburierungszeit mit Wasserstoff gefüllt. Das so hergestellte Uranmonocarbid hat einen Gesamtkohlenstoffgehalt von mindestens 4,75%. Der Gehalt an ungebundenem Kohlenstoff liegt unter 0,051/o.

Claims

PATENTANSPRUCH: Verfahren zur Herstellung von Uranmonocarbid bei erhöhter Temperatur im Vakuum aus einem dem stöchiometrischen Verhältnis entsprechenden Uranoxyd-Kohlenstoff-Gemisch, dadurch gekennzeichnet, daß das Uranoxyd-Kohlenstoff-Gemisch in Tiegeln aus hochschmelzenden, unterhalb 1600° C mit Uranoxyd, Kohlenstoff und/ oder Urancarbid schlecht reagierenden Metalloxyden, insbesondere Sinterkorund, im Vakuum bei Temperaturen unterhalb 1600° C zur Reaktion gebracht wird. In Betracht gezogene Druckschriften: USA: Patentschriften Nr. 2 526 805, 2 448 479.