DE1191972B - Verfahren zur Herstellung von Sinterkoerpern aus U Si - Google Patents

Description

• Verfahren zur Herstellung von Sinterkörpern aus U3Si2 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Sicherung einer reproduzierbaren Technologie der Herstellung von Formkörpern aus U.Si2 nach pulvermetallurgischen Methoden mit dem Zweck der Verwendung des U"Si" als Kernbrennstoff.
• Das zur Zeit günstigste Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus U.Si2, weitgehend frei von anderen Silizidphasen des Urans, gliedert sich auf in folgende Teilprozesse: a) Schmelzen eines der Zusammensetzung des U.,Si. entsprechend stöchiometrischen Gemisches von Uran und Silicium in Tiegeln mit Magnesiumoxydauskleidung bei 1550° C unter Vakuum oder Argonatmosphäre.
• b) Zerkleinern der U"Si2 Schmelzkörper und Mahlen bis zu einer Korngröße von 2 ,um in V2A-Kugelmühlen mit Hartmetallkugeleinsatz unter paraffinhaltigem Benzol.
• c) Kaltpressen des U.Si2 Pulvers bei Drücken von 0,5 bis 1,5 t/cm2 und Sintern unter Argonatmosphäre bis zu 96 bis 98 % der theoretischen Dichte bei mindestens 1350° C.
• Während der ersten beiden Stufen dieses Herstellungsprozesses kommt es durch Kontakt der Uranverbindung mit dem Tiegel- bzw. Mühlenmaterial zur Aufnahme besonders von metallischen Verunreinigungen, wobei die Konzentration der als Verunreinigungen auftretenden Elemente im Bereich von Hundertstel bis Zehntel Gewichtsprozent schwankt.
• Eine zufällige oder beabsichtigte Erniedrigung der Verunreinigungskonzentration ergibt gelegentlich die Notwendigkeit einer Erhöhung der oberen angegebenen Sintertemperatur um maximal 250° C, um zu Werten der theoretischen Dichte des U3Si2 von mindestens 96% zu gelangen. Angenähert reines U.Si2 scheint also eine Sintertemperatur aufzuweisen, die nahe dem Schmelzpunkt von U3Si" liegt und die erst durch sinterfähige Zusätze, unter Umständen in Form zufälliger Verunreinigungen, merklich herabgesetzt werden kann.
• Somit unterliegt der Herstellungsprozeß von U.Si2 Sinterkörpern Schwankungen bezüglich der Sintertemperatur, wodurch die Reproduzierbarkeit und für den Fall der hohen Sintertemperaturen die Wirtschaftlichkeit des Sinterprozesses leiden.
• Nach dem Erkenntnisstand der Pulvermetallurgie kann die Sinterfähigkeit eines Materials durch Wirksamkeit einer flüssigen Phase während des Sinterprozesses verbessert werden, wie es im Falle des Urankarbids durch Zusatz von unterhalb der Sintertemperatur des Urankarbids schmelzendem UFe. geschehen kann.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, das reproduzierbar theoretische Dichten des U3Si2 von mindestens 96% durch Sintern bei Temperaturen zwischen 1300 bis 1400° C zu erzielen gestattet.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß so gelöst, daß dem U.Si2 Pulver vor der Weiterverarbeitung durch Pressen und Sintern geringe Mengen, mindestens jedoch 0,15%, an Eisen, Nickel, Chrom, Kobalt oder Mangan zugesetzt werden - soweit der vorangehende Herstellungs- und Verarbeitungsprozeß des U.Si. nicht schon die notwendige Konzentration an einem solchen Element in Form zufälliger Verunreinigungen zur Folge hat -, die mit einer der beiden Komponenten des U3S4 ein niedrigschmelzendes Eutektikum bilden und somit eine Sinterung unter Anwesenheit einer flüssigen Phase gestatten.
• Erst somit kann nach Sinterung bei Temperaturen zwischen 1300 bis 1400° C unter Argonatmosphäre oder im Hochvakuum die Erzielung einer Dichte von 96% der theoretischen reproduzierbar garantiert werden. Außerdem ist für eine technische Fertigung von U3Si2 Sinterkörpern als Brennstoff für Brennelemente ein wirtschaftlicher Sinterprozeß gesichert bei gleichzeitig möglicher Eigenschaftsverbesserung des U.Si2 durch Umgehung eines mit höheren Sintertemperaturen verbundenen beträchtlichen Kornwachstums.
• Als Ausführungsbeispiel für das Verfahren nach der Erfindung soll angegeben werden, daß die Anwesenheit von mindestens 0,151/o Eisen genügt, um die geforderten Dichten bei 1350° C zu erreichen.

Claims (1)

1. Patentanspruch: Verfahren zur Herstellung von Sinterkörpern aus USSi, bei einer Sintertemperatur zwischen 1300 und 1400° C mit einer reproduzierbaren Dichte von 96 bis 98% der theoretischen Dichte des U.Si2, insbesondere für den Einsatz als Kernbrennstoff, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangspulver zum Pressen und Sintern U.Si2-Pulver mit einem metallischen Anteil in Form einer geringen Menge, mindestens jedoch 0,15%, an Eisen, Nickel, Chrom, Kobalt oder Mangan verwendet wird, wobei die erforderliche Menge an dem Eisenmetall dem U.,Si2 Pulver gegebenenfalls zugesetzt wird. In Betracht gezogene Druckschriften: »Powder Metallurgy«, 1961, Nr. 8, S. 128 bis 144; M. Hansen, »Constitution of Binary Alloys«, 1958, S. 515, 569, 728, 961 und 1054.