KR100494458B1 - 핵연료봉용피복제조방법 - Google Patents

Abstract

아래의 단계들을 포함하는 핵 연료봉용 피복 제조 방법이 개시된다. 먼저, 적어도 두 개의 지르코늄계 금속 층을 거친, 원통형의 다공성 빌렛를 제공하는 방식으로 대체로 원통형의 기재 상에 분무 용착한다. 각각의 층용의 지르코늄계 금속은 인접한 층의 금속과 상이하며 소정의 특성 조합을 제공하도록 선택된다. 다음, 분무 용착 재료로부터 기재를 제거하여, 긴 관 중공부를 제공한다. 그 후, 다공성을 제거하여, 거의 완전 밀도로 관 중공부의 밀도를 높이고 소정의 크기로 관 중공부의 단면 치수를 축소시키도록 공지된 방식으로 분무 용착 금속을 강화한다. 추가 단계에서, 강화 단계 동안 관 중공부 상에 부과되는 응력을 경감시키며 밀도가 높아진 지르코늄계 금속 층의 소정의 특성 조합을 제공하도록 선택된 시간과 온도 조건 하에서 관 중공부를 풀림 처리한다.

Description

핵연료봉용 피복 제조 방법{PROCESS FOR FABRICATING A NUCLEAR FUEL ROD CLADDING}

본 발명은 원자로용 연료봉에 관한 것으로, 구체적으로는 그러한 연료봉용 피복을 제조하는 방법에 관한 것이다.

현재, 원자로용 연료봉은 두 가지의 기본 형태로 제조된다. 비등수형 원자로(boiling water reactor; BWR)와 가압수형 원자로(pressurized water reactor; PWR)에 모두 사용되는 제1 형태의 연료봉은 지르칼로이-2 합금 및 지르칼로이-4 합금 중 하나로 제조된 단일 합금제 관 피복을 구비한다. 제2 형태의 연료봉은 비등수형 원자로에만 사용되는 바이메탈형 관이다. 이 제2 형태의 연료봉은, 지르칼로이-2로 이루어진 외층이 있는, 순수 지르코늄 또는 소량의 주석을 함유한 지르코늄 합금으로 제조된 내부 라이너(inner liner)를 포함하는 피복(cladding)을 구비한다.

내부 라이너를 구비한 연료봉은 배리어 봉(barrier rod)이라고 부른다. 이 "배리어 봉"의 기본 목적은 핵연료 펠릿(pellet)이 내부로 팽창할 수 있는 순수한 지르코늄 또는 거의 순수한 지르코늄으로 이루어진 연질층을 제공하는 것이다. 이구조에 의하면, 원자로의 작동시 핵연료 펠릿이 팽창할 때 보다 경질이고 보다 취성이 큰 지르칼로이 외피에 균열이 생기는 것이 방지된다. 연료 펠릿의 팽창으로 부터 발생하는 균열에 대한 용어는 펠릿 피복 상호 작용(pellet clad interaction; PCI)이다. 연료봉에 균열이 생기면, 핵분열 생성물이 원자로 냉각수 시스템 내로 방출되어 원자로 냉각수 시스템의 배관 부근의 조사 레벨이 상승한다.

전술한 두 가지 형태의 연료봉 모두 동일한 기본 공정으로 제조된다. 지르코늄 또는 지르코늄 합금을 용융시켜 빌렛(billet)으로 단조한 후, 이 빌렛을 건 드릴(gun drill)로 가공한다. 그 후, 건 드릴로 가공된 빌렛을 압출 또는 관 축소(tube reduction) 등에 의해 최종 횡단면 치수로 기계 가공한다. 연료봉용 피복에 "배리어" 라이너를 마련하려면, 라이너 재료의 빌렛와 외층 재료의 빌렛을 정밀하게 기계 가공해서 세척 및 조립한다. 그 후, 이들 두 빌렛을 대략적인 치수의 직경(rough diameter)으로 함께 압출한다[이 공정을 공동 압출(co-extrusion)이라고 부름]. 그 다음, 이 대략적인 치수로 마무리된 폼(form)을 최종 치수로 관 축소 가공한다.

실제로, 전술한 공동 압출 공정은 여러 가지 결점이 있다. 이 공정에 따른 가장 큰 문제는 내부 라이너와 외피가 종종 그 계면에서 균일하고 완전한 야금적 결합을 형성하지 않는다는 것이다. 적절한 야금적 결합을 형성하지 못하는 원인은 통상적으로 조립 전의 세척이 불충분하거나 내부 라이너와 외피 간의 밀착이 불량하기 때문이다.

공지된 조제 기법의 또 다른 문제는 건 드릴로 가공하기 때문에 상당량의 폐기 재료가 발생한다는 것이다. 또한, 지르코늄 합금 빌렛을 연료봉에 적합한 치수로 축소하는 데에 상당한 시간과 작업이 요구된다.

전술한 바를 감안하면, 공지 기술과 관련된 문제들을 피하는 새로운 핵연료봉용 피복을 제조하는 방법의 제공이 요망된다.

도 1은 본 발명에 따른 방법의 바람직한 순서의 개략적인 블록도,

도 2는 본 발명의 방법에 의해 형성된 핵연료봉의 횡단면도.

공지된 핵연료봉 피복 제조 방법과 관련된 결점들은 본 발명에 따른 방법에 의해 상당 정도 해결된다. 본 발명의 방법은 이하의 공정들을 포함한다. 우선, 원통형 기재 상에 제1 금속 층을 분사 침적(deposit)시킴으로써 다공성 프리폼(preform)을 형성한다. 제1 금속층은 지르코늄 또는 소량의 주석을 함유하는 지르코늄 합금과 같은 저합금 지르코늄 합금(low alloy zirconium alloy)으로 이루어진 군으로부터 선택된 연질 금속으로 형성된다. 명세서 전체에 걸쳐 "저합금 지르코늄 합금"이란 용어는 합금 첨가물의 함량이 대략 5%를 넘지 않는 지르코늄 합금을 의미한다. 다음으로, 제1 금속층 상에 제2 금속층을 분사 침적시킨다. 이 제2 금속 층은 높은 기계적 강도, 크리프 저항, 내식성, 또는 이들 성질의 조합에 의해 특정되는 지르코늄 합금으로 형성된다.

제1 금속층 및 제2 금속층이 응고된 후, 다공성 프리폼으로부터 원통형 기재를 제거한다. 그 후, 다공성 프리폼을 실질적으로 완전 밀도(full density)까지 압밀(consolidation)하여 설정된 횡단면 치수의 관을 형성한다. 그 후, 압밀된 관을 열처리하여 각각의 금속층에 설정된 미세 조직을 생성하고, 관을 압밀함으로써 생긴 잔류 응력을 제거한다.

본 발명의 다른 목적 및 잇점들은 첨부 도면과 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 방법(10)의 기본 공정들이 도시되어 있다. 공정(101)에서는, 대략적인 치수의 원통형 빌렛이 마련되도록 적어도 두 개의 금속 층을 대체로 원통형인 기재 상에 분사 침적시킨다. 공정(102)에서는, 분사 침적된 재료로부터 기재를 제거하여, 빌렛을 관통하는 길이 방향의 중앙 개구를 형성한다. 그 후, 분사 침적된 재료를 공지된 방식으로 공정(103)에서 압밀하여 공극을 제거하고, 분사 침적된 재료의 밀도를 높여 관 중공부(the hollow)를 형성한다.

공정(104)에서는, 응력을 제거하고 압밀된 금속층에 설정된 성질의 조합을 부여하도록 선택된 시간 및 온도 조건 하에서 관 중공부를 어닐링한다. 그 후, 설정된 최종 치수의 연료봉용 피복이 마련되도록, 어닐링된 관 중공부를 공정(105)에서 최종 치수로 더욱 축소한다. 그 후, 공정(106)에서 연료봉용 피복을 최종 열처리하여, 설정된 성절의 조합을 얻고 최종 축소 공정에서 생긴 잔류 응력을 제거한다.

본 발명에 따른 방법의 공정(101)에서, 지르코늄 및/또는 지르코늄 합금을 적절한 치수의 관형 기재 또는 바(bar) 상에 층을 이루도록 침적시킨다. 이용되는 분사 침적 기법은, 합금을 용융시키고, 용융된 상태에서 합금을 기체로 분무화함으로써 용융 금속의 흐름을 형성하며, 이 용융 금속의 흐름을 기재 상으로 지향시켜 설정된 두께의 층을 형성하는 종류의 기술인 것이 바람직하다. 이 바람직한 방법은 미국 특허 제3,826,301호에 개시된 방법과 유사하며, 이 특허의 내용을 본 명세서에 참고로 인용한다. 본 명세서와 청구의 범위 전체를 통해, "분사 침적(spray deposition)" 또는 "분사 침적된(spray deposited)"이라는 용어는 본 명세서의 앞부분과 상기 특허에 설명되어 있는 금속 침적 기법을 의미한다.

분사 침적 기법은 분무화된 용융 금속을 급랭시킨다. 따라서, 본 발명에 따른 방법에 사용된 지르코늄 합금을 분사 침적하면, 냉각되어 응고된 금속 내에 세립(細粒)형 미세 조직이 생긴다. 이 미세 조직은 핵연료봉용 피복에 사용되는 형태의 지르코늄 합금에 매우 바람직하다. 당업자라면, 합금의 미세 조직에 대한 효과가, 지르코늄 합금 연료봉용 피복에 보통 적용되는 베타 치(beta quench)에서와 본질적으로 동일함을 알 것이다.

본 발명의 방법에 사용되는 지르코늄 합금은 PCI의 향상을 위해 설정된 성질의 조합을 갖추도록 선택된다. 본 발명에 따라 제조되는 연료봉용 피복의 한 가지 실시 형태에 있어서, 지르코늄이나 연질의 저합금 지르코늄 합금을 기재 상에 분사 침적하여 내균열성이 있는 내부층을 형성한다. 제1 층의 상부면에는 고도의 크리프 저항, 고강도 및/또는 팽창 저항성을 갖춘 합금으로 형성된 제2 층을 분사 침적한다. 또한, 필요하다면, 내식성이 양호한 또 다른 지르코늄 합금을 크리프 저항이 있는 합금층 상에 분사 침적할 수 있다. 이러한 방식으로, 연료봉용 피복의 성질이 그 환형 횡단면을 가로질러 변하게 할 수 있다. 설정된 성질을 갖추었고 핵 분열 원자로에 사용하기에 적절한 티타늄계 합금과 같은 다른 합금을 지르코늄계 합금 대신 본 발명의 방법에 이용할 수 있다.

본 발명의 분사 침적 공정을 실시함에 있어서, 각 층을 이루는 금속 또는 합금은 다른 층과 분리하여 개별적으로 용융시켜 침적한다. 대안으로서, 합금 조성물에 연속적인 경사(gradient)를 제공하기 위하여 분사 침적이 연속적인 방식으로 수행될 수 있도록 용융 금속의 배치(batch)를 연속적으로 재합금화할 수 있다.

분사 침적 기법의 속성으로 인해, 침적층 사이의 표면을 세심하게 세척하지 않아도 여러 층 사이가 균일하게 야금적으로 결합된다. 침적 고정중 층간 합금화가 다소 발생하기 때문에, 피복의 두께에 걸쳐 성질의 연속적인 경사가 제공된다. 또한, 빌렛을 최종 치수로 축소하는 데에 필요한 기계 가공을 상당량 감소시키기 위하여, 최종 피복 재킷(jacket)에 가까운 치수의 초기 빌렛을 제공하도록 분사 침적 장치와 방법을 개조할 수 있다.

설정된 개수의 지르코늄 합금층을 분사 침적시켜 기재 상에서 응고시킨 후, 공정(102)에서 기재를 제거한다. 관형 기재가 바람직한데, 왜냐하면 열을 제거하는 냉매 순환용 채널을 제공하여, 금속이 침적될 때 응고를 가속화시키기 때문이다. 또한, 관형 기재는 제거가 용이하고 중실(中實)의 바 기재보다 폐기되는 금속이 적다. 기재는 드릴링과 같은 기계 가공 기법에 의해 제거하거나, 예를 들면 산 제거와 같은 화학적 기법으로 적절하게 제거할 수 있다.

침적된 재료로부터 기재를 제거하면 대략적인 치수의 다공성 관 중공부가 제공된다. 이 관 중공부를 압밀하고 열처리하여 적절한 치수의 피복을 형성한다. 분사 침적되는 재료의 최초 크기와 다공성에 따라, 압밀 공정, 축소 공정 및 열처리 공정의 사이클이 1회 이상 필요하다. 대다수의 용례에서는 2 단계의 압밀, 사이징(sizing) 및 열처리 사이클이면 충분할 것으로 예상된다.

제1 압밀 공정(103)은 대략적인 치수로 형성된 관 중공부의 환형 횡단면을 압출, 관 인발 또는 바람직하게는 관 축소에 의해 축소하는 공정을 포함한다. "관 축소(tube reduction)"라는 용어는 필거(Pilger) 관 축소법과 같은 공지된 방법을 의미한다. 대안으로서, 분사 침적된 재료를 고온 아이소스태틱 프레싱(hot isostatic pressing), 소결 또는 당업게에 공지된 기타 분말 야금 압밀법에 의해 압밀할 수 있다.

제1 축소 공정 후, 공정(104)에서와 같이, 압밀 공정 중에 관 중공부에 인가된 응력을 제거하고 관 중공부를 형성하는 지르코늄 합금에 설정된 성질의 조합을 제공하기 위하여 선택된 시간 및 온도 조건 하에서 관 중공부를 어닐링한다. 공정(105)에서, 관 중공부는 제1 압밀 공정과 관련하여 설명한 바와 유사한 기법에 의해 최종 횡단면 치수로 축소한다. 바람직한 기법은 전술한 필거 관 축소법과 같은 관 축소법이다.

최종 축소 및 사이징 공정 후, 설정된 성질을 최적화하고 최종 관 축소 공정에서 생긴 잔류 응력을 제거하기 위한 시간 및 온도 조건 하에서 관 중공부를 어닐링한다[공정(106)]. 일반적으로, 어닐링 열처리를 위한 시간, 온도 및 냉각 파라미터는 사용된 지르코늄 합금에서 작은 제2상 입자의 분포가 최적화되도록 선택된다.

본 발명에 따라 형성된 핵연료봉의 구조는 도 2를 참조하면 보다 잘 이해할 수 있다. 연료봉(20)은 연료 펠릿(22)을 둘러싸는 피복(21)을 구비한다. 이 피복(21)은 최내층 또는 "라이너"층(23)과, 중간층(24)과, 최외층 또는 "외피"층(25)의 세 층으로 구성된다. 라이너층(23)은 순수 지르코늄이나, 소량의 주석을 함유하는 지르코늄-주석 합금과 같은 비교적 연질인 지르코늄 합금으로 형성된다. 라이너층(23)이 핵 연료 펠릿(22)과 가장 가까이 있으며, 작동시 연료 펠릿이 팽창할 때 균열이 생기는 일 없이 변형될 수 있다. 중간 층(24)은 지르코늄-산소-철-주석 합금과 같은, 크리프 저항이 있는, 또는 고강도인 지르코늄 합금으로 형성된다. 외피층(25)은 지르칼로이-2 또는 지르칼로이-4 합금과 같은 고내식성 합금으로 형성된다. 도 2로부터, 피복(21)을 구성하는 여러 합금층은 다른 층으로 점진적으로 전이하여 재료 및 성질의 실질적으로 연속적인 경사를 형성함을 알 수 있다. 이러한 구조는 기계적으로 결합된 개별적인 층으로 구성되어 있는 공지된 구조와는 매우 다르다. 이러한 이유로, 피복(21)의 층들(23, 24, 25) 사이의 계면은 점선(26a, 26b)으로 도시되어 있다. 사실, 이들 계면은 각 층이 분사 침적될 때 내부 합금화(interalloying)됨으로 인해 생기는 합금 전이 구역이다.

전술한 내용과 첨부 도면으로부터, 본 발명은 당업자에게 명백한 몇몇 신규한 특징 및 잇점들을 제공함을 알 수 있다. 보다 상세하게 말하면, 지르코늄이나 지르코늄 합금으로 된 두 개 이상의 층이 분사 침적과 같은 공지된 기법에 의해 기재 상에 형성되는 핵연료봉용 피복의 제조를 위한 신규한 방법이 설명되어 있다. 분사 침적 기법을 사용함으로써, 설정된 성질의 단계적 변화와 함께, 연료봉용 피복의 벽 두께에 걸쳐 지르코늄 합금의 연속적이고 단계적인 변화가 이루어진다. 여러 금속층을 분사 침적시킴으로써 금속층의 침적부 사이의 표면을 세심하게 세척할 필요 없이 여러 층 사이가 균일하게 야금적으로 결합된다. 또한, 분사 침적 기법과 관련하여, 분무화된 용융 금속이 급랭됨으로써 별도의 베타 치를 필요로 하지 않고서도 침적 금속층에 세립형 조직이 생긴다. 또한, 분사 침적 기법을 사용함으로써, 핵연료봉용 피복의 제조를 위한 종래의 주조-및-단조(cast-and-wrought) 공정에 의해 형성된 빌렛에 비해, 최종 크기로 축소해야 하는 양이 적은 대략적인 그물형 빌렛을 형성할 수 있다.

본 명세서에서 사용한 용어와 표현은 설명을 위한 것이지 제한을 위한 것이 아니다. 이러한 용어와 표현을 사용한 것은 예시 및 설명한 특징 또는 그 일부의 등가물을 배제하려는 것이 아니다. 본 명세서에서 설명 및 예시한 바와 같이, 본 발명으로부터 크게 벗어나지 않는 다양한 변형을 청구된 본 발명의 범위 내에서 할 수 있다는 것을 알 것이다.

Claims (19)

1. 경사기능구조의 핵연료봉용 피복을 제조하는 방법으로서,

   (a) (1) 지르코늄 및 저합금 지르코늄 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 금속으로 형성되는 제1 금속층을 원통형 기재 상에 분사 침적(deposit)시키는 제1 금속층 분사 침적 공정과, (2) 설정된 제1 성질(property)의 지르코늄 합금으로 형성된 제2 금속층을 상기 제1 금속층 상에 분사 침적시키는 제2 금속층 분사 침적 공정에 의하여 다공성 프리폼을 형성하는 다공성 프리폼 형성 공정과,

   (b) 상기 제1 금속층 및 제2 금속층이 응고된 후 상기 다공성 프리폼으로부터 상기 원통형 기재를 제거하는 원통형 기재 제거 공정과,

   (c) 설정된 횡단면 치수를 갖는 관을 형성하기 위하여 상기 다공성 프리폼을 실질적으로 완성 밀도로 압밀하는 다공성 프리폼 압밀 공정과,

   (d) 응력을 제거하고 상기 제1 금속층 및 제2 금속층에 설정된 미세 조직을 각각 생성하기 위하여 상기 관을 열처리하는 관 열처리 공정

   을 포함하는 것인 핵연료봉용 피복 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 다공성 프리폼 형성 공정은 상기 제2 금속층 상에 제3 금속층을 분사 침적시키는 공정을 포함하며, 상기 제3 금속층은 설정된 제2 성질의 제2 지르코늄 합금으로 형성되고, 상기 제3 금속층은 상기 원통형 기재가 제거되기 전에 분사 침적되는 것인 핵연료봉용 피복 제조 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 다공성 프리폼 압밀 공정은 상기 다공성 프리폼을 제1 횡단면 치수로 압출하는 공정을 포함하는 것인 핵연료봉용 피복 제조 방법.
4. 제2항에 있어서, 상기 다공성 프리폼 압밀 공정은 상기 다공성 프리폼을 제1 횡단면 치수로 관 축소하는 공정을 포함하는 것인 핵연료봉용 피복 제조 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 다공성 프리폼 압밀 공정은, 상기 다공성 프리폼의 횡단면 치수를 중간 크기의 관형 폼으로 축소하는 공정과, 이 축소 공정 중에 인가된 응력을 제거하기 위하여 상기 중간 크기의 관형 폼을 열처리하는 공정으로 이루어진 사이클을 포함하는 것인 핵연료봉용 피복 제조 방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 사이클을 종료한 후, 상기 중간 크기의 관형 폼을 최종 횡단면 치수로 축소하는 공정을 포함하는 것인 핵연료봉용 피복 제조 방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 다공성 프리폼 압밀 공정은,

   상기 다공성 프리폼을 제1 중간 횡단면 치수로 압출하는 공정과,

   이 압출 공정으로부터 생긴 잔류 응력을 제거하기 위하여 압출된 상기 다공성 프리폼을 열처리하는 공정과,

   열처리된 상기 다공성 프리폼을 설정된 횡단면 치수로 관 축소하는 공정

   을 포함하는 것인 핵연료봉용 피복 제조 방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 제1 금속층 분사 침적 공정은 상기 금속을 용융시키는 공정과, 그 용융된 금속을 분무화하는 공정과, 이 분무화된 금속을 상기 원통형 기재 상에 분사하는 공정을 포함하는 것인 핵연료봉용 피복 제조 방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 제2 금속 분사 침적 공정은 상기 지르코늄 합금을 용융시키는 공정과, 그 용융된 지르코늄 합금을 분무화하는 공정과, 이 분무화된 지르코늄 합금을 상기 제1 금속층 상에 분사하는 공정을 포함하는 것인 핵연료봉용 피복 제조 방법.
10. 경사기능구조의 핵연료봉용 피복을 제조하는 방법으로서,

    (a) 제1 금속층 및 제2 금속층을 형성하는 제1 지르코늄계 금속 및 제2 지르코늄계 금속을 원통형 기재 상에 각각 분사 침적시킴으로써 다공성 프리폼을 형성하는 다공성 프리폼 형성 공정과,

    (b) 상기 제1 금속층 및 제2 금속층이 응고된 후 상기 다공성 프리폼으로부터 상기 원통형 기재를 제거하는 원통형 기재 제거 공정과,

    (c) 설정된 횡단면 치수를 갖는 관을 형성하기 위하여 상기 다공성 프리폼을 실질적으로 완성 밀도로 압밀하는 다공성 프리폼 압밀 공정과,

    (d) 상기 각 제1 금속층 및 제2 금속층에 설정된 미세 조직을 생성하기 위하여 상기 관을 열처리하는 관 열처리 공정

    을 포함하는 것인 핵연료봉용 피복 제조 방법.
11. 제10항에 있어서, 상기 제1 지르코늄계 금속은 실질적으로 순수한 지르코늄과 저합금 지르코늄 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 연질 금속인 것인 핵연료봉용 피복 제조 방법.
12. 제11항에 있어서, 상기 다공성 프리폼 형성 단계는 상기 제2 지르코늄계 금속을 제공하는 단계를 포함하되, 상기 제2 지르코늄계 금속은 기계적 강도, 크리프 저항, 내식성, 성장 저항, 또는 이들 성질의 조합에 의해 특정되는 지르코늄 합금인 것을 특징으로 하는 핵연료봉용 피복 제조 방법.
13. 제10항에 있어서, 상기 제1 금속층을 분사 침적시키는 공정은 상기 제1 지르코늄계 금속을 용용시키는 공정과, 그 용융된 금속을 분무화하는 공정과, 이 분무화된 금속을 상기 원통형 기재 상에 분사하는 공정과, 침적된 금속의 층을 응고시키는 공정을 포함하는 것인 핵연료봉용 피복 제조 방법.
14. 제13항에 있어서, 상기 제2 금속층을 분사 침적시키는 공정은 상기 제2 지르코늄계 금속을 용용시키는 공정과, 그 용융된 제2 지르코늄계 금속을 분무화하는 공정과, 이 분무화된 제2 지르코늄계 금속을 상기 제1 금속층 상에 분사하는 공정과, 침적된 제2 금속층을 응고시키는 공정을 포함하는 것인 핵연료봉용 피복 제조 방법.
15. 제10항에 있어서, 상기 제1 금속층 및 제2 금속층을 분사 침적시키는 공정은 상기 제1 지르코늄계 금속의 용융욕(molten bath)을 마련하는 공정과, 그 용융된 금속을 분무화하는 공정과, 이 분무화된 금속을 상기 원통형 기재 상에 분사하는 공정과, 상기 용융욕을 재합금화하여 상기 제2 지르코늄계 금속의 제2 용융욕을 형성하는 공정과, 그 용융된 제2 지르코늄계 금속을 분무화하는 공정과, 이 분무화된 제2 지르코늄계 금속을 상기 제1 금속층 상에 분사하는 공정과, 침적된 제1 금속층 및 제2 금속층을 응고시키는 공정으로 이루어지는 것인 핵연료봉용 피복 제조 방법.
16. 제15항에 있어서, 상기 용용욕은 상기 용융된 금속이 분무화되고 분사 침적될 때 연속적으로 재합금화되는 것인 핵연료봉용 피복 제조 방법.
17. 경사기능구조의 핵연료봉용 피복을 제조하는 방법으로서,

    (a) (1) 지르코늄 및 저합금 지르코늄 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 연질 금속으로 형성되는 제1 금속층을 원통형 기재 상에 분사 침적시키는 제1 금속층 분사 침적 공정과, (2) 설정된 제1 성질의 지르코늄 합금으로 형성된 제2 금속층을 상기 제1 금속층 상에 분사 침적시키는 제2 금속층 분사 침적 공정과, (3) 상기 설정된 제1 성질과 다른 설정된 제2 성질의 제2 지르코늄 합금으로 형성되는 제3 금속층을 상기 제2 금속층 상에 분사 침적시키는 제3 금속층 분사 침적 공정에 의하여 다공성 프리폼을 형성하는 다공성 프리폼 형성 공정과,

    (b) 상기 제1 금속층, 제2 금속층 및 제3 금속층이 응고된 후 상기 다공성 프리폼으로부터 상기 원통형 기재를 제거하는 원통형 기재 제거 공정과,

    (c) 설정된 횡단면 치수를 갖는 관을 형성하기 위하여 상기 다공성 프리폼을 실질적으로 완성 밀도로 압밀하는 다공성 프리폼 압밀 공정과,

    (d) 상기 각 제1 금속층 및 제2 금속층에서 설정된 미세 조직을 얻기 위하여 상기 관을 열처리하는 관 열처리 공정

    을 포함하는 것인 핵연료봉용 피복 제조 방법.
18. 제17항에 있어서, 상기 다공성 프리폼 압밀 공정은,

    상기 다공성 프리폼을 제1 중간 횡단면 치수로 압출하는 공정과,

    이 압출 공정으로부터 생긴 잔류 응력을 제거하기 위하여 압출된 상기 다공성 프리폼을 열처리하는 공정과,

    열처리된 상기 다공성 프리폼을 설정된 횡단면 치수로 관 축소하는 공정을 포함하는 것인 핵연료봉용 피복 제조 방법.
19. 제17항에 있어서, 상기 다공성 프리폼 압밀 공정은, 상기 다공성 프리폼의 횡단면 치수를 중간 크기의 관형 폼으로 축소하는 공정과, 이 축소 공정 중에 인가된 응력을 제거하기 위하여 상기 중간 크기의 관형 폼을 열처리하는 공정으로 이루어진 사이클을 포함하는 것인 핵연료봉용 피복 제조 방법.