DE1957908A1 - Impraegnierter Graphit - Google Patents

Description

Imprägnierter Graphit

In dem Bericht EUR 2988 f vom Juni 1966 herausgegeben von der Europäischen Atomgemeinschaft sind Verfahren beschrieben zum Imprägnieren von Graphit mit schmelzflüssigen Metallen, um einen undurchlässigen Graphit zu erhalten, der.in Kernreaktoren zur Verwendung als Hüllmaterial für Brennstoffelemente oder als Baustoff zur Herstellung verschiedener Teile eines solchen Reaktors geeignet ist.

Zum Erhalten von imprägniertem Graphit wird Graphit bei Unterdruck zusammen mit dem ausgewählten Metall auf eine solche Temperatur erhitzt, das3 das Metall schmelzflüssig ist. Darauf wird der in das schmelzflüssige Metall eingetauchte Graphit unter Stickstoff druck gesetzt und dann aus dem Metallbad entfernt und abgekühlt.

Als Imprägniermaterial ist u.a. auch Wismut zu nennen. Mit Wismut imprägnierter Graphit ist jedoch zur Herstellung von Teilen für Kernreaktoren nicht geeignet, da diese Teile mitunter Temperaturen ausgesetzt werden, die hoher liegen als der Schmelzpunkt von Wismut.

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Unter Berücksichtigung der gewünschten physikalischen Eigenschaften des ausgewählten Imprägniermetalls, und zwar des
Neutronenabsorptionswirkungsquerschnittes, wären Hetalle wie Aluminium und Zirkonium zufriedenstellender, jedoch hat sich gezeigt, dass diese Metalle schnell korrodieren, wenn sie
unter Berührung mit Graphit "bei der Betriebstemperatur eines Kernreaktors Dampf oder Wasser ausgesetzt werden. Es hat
sich gezeigt, dass Graphit unter diesen Umständen wie eine
Wasserstoffelektrode wirkt, so dass sämtliche Metalle, die
ein gegenüber einer Wasserstoffelektrode positives elektrochemisches Oxydationspotential aufweisen, unter den genannten Umständen korrodieren.

Nun hat man festgestellt, dass diese Schwierigkeiten bei Verwendung einer Legierung aus Wismut und Nickel als Imprägniermetall für Graphit nicht auftreten. Deshalb bezieht sich die Erfindung auf mit einer Wismut-Nickellegierung imprägnierten Graphit und auf aus diesem imprägnierten Graphit bestehende Teile für Kernreaktoren, wie Hüllen für Brennstoffelemente. Ferner hat man festgestellt, dass Wismutlegierungen mit etwa 9 Gew.-% Nickel und etwa 25 Gew.-% Nickel den gestellten Anforderungen am besten genügen.

Jedoch haben Wismutlegierungen mit einem Nickelgehalt von
8 bis 27 Gew.-% auch günstige Eigenschaften. Die im weiteren mit Bi-Ni (9) bezeichnete Legierung mit 9 Gew.-% Nickel
wird vorzugsweise bei einer Temperatur von 800°C und einem
Stickstoff druck von 20 kp/cm in den Graphit imprägniert,
und der so erzielte Graphit verträgt eine Betriebstemperatur von 460⁰C. Die im weiteren mit Bi-Ni (25) bezeichnete Legierung mit 25 Gew.-%. Nickel kann bei 1.250°G und bei einem
Druck von 20 kp/cm in den Graphit imprägniert werden, und
der so erzielte Graphit verträgteine Betriebstemperatur von 650^GC. -■■ ^{: ;} ■"·■'. ■ - "' ■ ^; :

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Je nach dem als Ausgangsmaterial verwendeten Graphit enthält der imprägnierte Graphit etwa 10-20 vol-% der Legierung.

Die nachstehende Tabelle gibt eine Übersicht des Neutronenabsorptionswirkungsquerschnittes "verschiedener Imprägniermetalle:

Metall	cm
Bi-Ni (9)	0,0063
Zr	0,0080
AL	0,0130
Bi-Ni (25)	0,0158
rostfreier Stahl	0,2100

Die Korrosion des erfindungsgemäss imprägnierten Graphits, ausgedrückt in der Massenverringerung in mg/cm von Proben, die geraume Zeit bei hoher Temperatur mit Dampf in Berührung gebracht wurden, ist der Korrosion von nicht imprägniertem Graphit, wie aus der nachstehenden Tabelle ersichtlich, vergleichbar:

Material	Temperatur in °C	Zeit in Std.	Massenver— ringerung
Graphit mifc 15 vol-% Bi-Ni (9)	4-00	550	0,4
Graphit mit 15 vol-% Bi-Ni (25)	600	500	0,23
nicht imprägnier ter Graphit	600	500	0,31

Das Material nach der Erfindung ist also zu einer Verwendung in Kernreaktoren geeignet, bei welcher es bei hoher Temperatur mit Wasser oder Dampf in Berührung kommt.

Patentans-prüche? 0 0 9 8 2 8/1013

Claims (3)

Patentansprüche

1. rietallimpragnierter Graphit, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall aus einer Legierung von Wismut und Nickel besteht.

2. Graphit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall aus einer Legierung von Wismut und etwa 9 GeWo-% Nickel besteht.

3. Graphit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall aus einer Legierung von Wismut und etwa 25 Gew.-% Nickel besteht.

4-. Kernreaktorteile, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus imprägniertem Graphit'nach Anspruch 1 bis 3 bestehen.

MEAr - 22 159

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