KR19990087106A - 경수로용으로 설계된 구성요소, 층을 제조하는방법 및 구성요소의 용도 - Google Patents

경수로용으로 설계된 구성요소, 층을 제조하는방법 및 구성요소의 용도 Download PDF

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Abstract

피복물 (3) 은 경수로에서 구성요소 (1) 의 표면상에 증착되는데, 상기 피복물 (3) 은 구성요소를 사용할 때, 물, 수증기 또는 그들의 혼합물과 접촉하고 산화, 수화, 부식 및 마모로부터 표면을 보호하는 역할을 한다. 피복물 (3) 은 2 개 이상의 층을 가지는데, 인접하는 층 (4) 은 다른 구조, 조성물을 가지거나 다른 재료로써 이루어져 있다. 층 (4) 에 적당한 재료로서의 일례는 티타늄 (Ti), 질화 티타늄 (TiN), 이산화 티타늄 (TiO2), 질화 탄소 티타늄 (TiCN), 질화 알루미늄 티타늄 (TiAlN), 이산화 지르코늄 (ZrO2), 질화 지르코늄 (ZrN) 및 다이아몬드계 석탄 (DIC) 과 그들의 혼합물이다.

Description

경수로용으로 설계된 구성요소, 층을 제조하는 방법 및 구성요소의 용도
종래 기술에 따른 경수로내 구성요소의 피복물은 목적에 적당한 비교적 두꺼운 단일층의 재료로 이루어졌다. 그러한 플랜트의 일례가 미국 특허 제 5,026,517 호에 설명되었고, 피복물이 탄화 티타늄 (TiC), 질화 티타늄 (TiN), 질화 지르코늄 (ZrN), 탄화 크롬 (CrC), 질화 바나듐 알루미늄 티타늄 (TiAlVN), 질화 탄타륨 (TaN), 탄화 지르코늄 (ZrC) 또는 탄화 텅스텐 (WC) 의 단일층으로 이루어졌다. 미국 특허 5,227,129 호는 핵연료용 클래딩 튜브의 표면상에 질화 지르코늄 (ZrN) 의 단일층으로 이루어진 피복물을 캐소드 "아아크 프라즈마" 증착에 의해 제조하는 방법의 실시예를 보여준다. 게다가, 미국 특허 제 5,301,211 호는 튜브 형상으로된 구성요소의 표면을 스퍼터 증착으로써 단일층으로 이루어진 피복물을 제조하는 방법의 실시예를 보여준다.
종래 기술은 경수로에서 연료용 클래딩 튜브의 내면상의 피복물을 또한 설명하고, 상기 피복물은 금속 표면에 가장 가까운 산화층과, 또한 상기 산화층의 외면의 금속층으로 이루어졌다. 그러한 피복물의 일례가 미국 특허 4,284,660 호, 4,659,540 호 및 4,343,659 호에 개시되었다. 각각의 경우에 있어서, 금속층은 구리 (Cu) 로 이루어지고, 금속층은 클래딩 튜브의 내면에 증착된 피복물의 최외각층을 형성한다. 이러한 피복물은 비교적 두껍고 무엇보다도, 피복물은 응력 부식에 대해서 클래딩 튜브를 보호하는 역할을 한다.
종래 기술은 핵연료용 클래딩 튜브상에 이중 피복물을 설명하고 있다. 이러한 피복물은 클래딩 튜브의 외면에 제공되고 비교적 두꺼운 약 50 내지 70 ㎛ 이다. 우선적으로, 피복물은 저농도의 합금으로 어떤 종류의 지르칼로이 또는 지르코늄이 포함되고, 또한 다른것들 사이에서 내부식성을 향상시키는 역할을 한다.
단일층으로 이루어진 피복물의 문제점은, 구성요소의 아래에 있는 표면이 공격적인 (aggressive) 조성물에 노출되는 방식으로, 피복물의 전체 두께에 걸쳐있는 피복물에서의 결함이 대단히 위험하다는 것이다. 그러한 결함은 결함의 영역에서 구성요소의 표면으로부터 피복물의 초기 스케일링을 야기하여, 이 표면이 공격적인 조성물과 마모에 대해서 국부적으로 이용가능하게 된다. 피복물의 스케일링은 피복물의 두께에 의존한다. 피복물이 두꺼울수록, 스케일링의 위험이 더 커진다.
본 발명은 경수로용으로 설계된 구성요소에 관한 것으로, 이 구성요소는 사용시, 물, 수증기 또는 그들의 혼합물과 접촉되며, 이 구성요소는 적어도 부분적으로 금속 및/또는 금속 합금으로 이루어지고, 구성요소의 표면은 물 및/또는 수증기가 금속 및/또는 금속 합금과 접촉되는 것을 방지하도록 제공된 얇은 피복물이 제공되어 있다. 또한, 본 발명은 경수로용으로 설계된 구성요소의 표면에 얇은 피복물을 생성하는 방법에 관한 것으로, 이 구성요소는 적어도 부분적으로 금속 및/또는 금속 합금으로 이루어지고, 구성요소를 사용시, 물, 수증기 또는 그들의 혼합물과 금속 및/또는 금속 합금이 접촉되는 것을 방지하도록 피복물이 제공되어 있다. 또한, 본 발명은 경수로에서의 구성요소의 이용과 연관된다.
원자력 발전소에서 물, 수증기 또는 그들의 혼합물과 접촉하는 구성요소는 산화, 수화, 부식 및 마모 중 적어도 하나에 의해서 영향을 받을 위험성이 있다. 종래 기술에 따르면, 이러한 영향으로부터 구성요소를 보호하는 하나의 방법은 구성요소의 표면에 피복물을 도포하는 것이다. 피복물에 대한 요구조건은 구성요소의 표면을 매우 잘 덮을 수 있어야 하고 접촉시 표면에 손상을 주는 조성물, 산소 및 수소가 상기 표면에 도달하는 것을 방지할 정도로 불투과성이어야 하고, 또한 피복물이 내마모성을 증가시켜야 한다. 따라서, 피복물은 구성요소에 손상을 입히는 조성물 및 부식에 대해 구성요소의 표면을 보호하며, 또한 표면의 마모를 방지한다.
구성요소가 원자력 발전소에서 연료용 클래딩 튜브일 때, 피복물상의 손상 또는 피복물의 전체 두께에 걸쳐 있는 결함은 물, 수증기 또는 그들의 혼합물이 클래딩 튜브의 금속 표면과 접촉되게 한다는 것을 암시한다. 물, 수증기 또는 그들의 혼합물은 클래딩 튜브의 보호되지 않은 표면을 산화하여, 클래딩 튜브의 전체 두께에 걸쳐서 손상을 입힌다. 그러한 1차 손상에서, 냉매가 클래딩 튜브로부터 제 1 냉각 회로까지 누수하는 핵연료와 접촉하며, 방사능이 발전소에 퍼진다. 2차 손상은 물, 수증기 또는 그들의 혼합물이 클래딩 튜브와 핵연료 사이의 공간에서 클래딩 튜브로 통과하고 클래딩 튜브의 내면과 길이를 따라 상기 공간에 퍼져, 소위 2차 손상이라고 하는 클래딩 튜브상에 더 많은 손상을 야기할 수있다는 것을 암시한다. 이러한 손상은 산화와 연속적인 수소 형성을 야기하는 1차 손상의 결과로서 클래딩으로 통과되는 물, 수증기 또는 그들의 혼합물 때문이다. 수소는 클래딩에 의해 흡수되고 나중에는 복수의 장소에서 분해되는 방식으로 수화되는 위험을 겪는다. 다시말해, 이것은 클래딩 튜브의 손상이 전체 두께에 걸쳐서 내면으로부터 시작된다는 것이다. 그러한 2차 손상은 1차 손상으로부터 멀리 떨어진 곳에서 나타날 수 있으며, 또한 가끔은 긴 균열의 형상을 가진다. 2차 손상에서, 핵연료는 제 1 냉각 회로에 방사능 물질을 또한 누수한다.
도 1 은 본 발명에 따른 복수의 층으로 이루어져 있는 피복물이 존재하는 표면을 포함하는 구성요소의 개략도.
도 2 는 본 발명에 따른 하나의 단일 층으로 이루어져 있는 피복물이 존재하는 표면을 포함하는 구성요소의 개략도.
도 3 은 본 발명에 따른 세 개의 다른 재료로 구성되는 다른 층으로 이루어져 있는 피복물이 존재하는 표면을 포함하는 구성요소의 개략도.
실시예
두 개의 다른 층 재료로서 질화 티타늄 (TiN) 및 티타늄 (Ti) 을 함유하고 다섯 내지 열 개 층으로 이루어진 피복물이 지르칼로이-4 표면에 제공되었다. 샘플이 360 ℃의 증류수에서 80 일 동안 오토클레이브 (autoclave) 될 때 피복물은 수소와 산소 확산에 대하여 시험되었다. 수소 흡수와 중량 증가는 지르칼로이-4 의 비증착 참조 샘플보다 질화 티타늄 및 티타늄의 복수의 피복물 층이 제공된 샘플이 현저하게 더 낮다는 결과가 나타났다.
샘플의 단면 검사는, 이산화 지르코늄 (ZrO2) 이 피복물의 바로 아래 형성되는 장소의 수가 단일층의 질화 티타늄으로 이루어진 피복물보다 질화 티타늄 및 티타늄의 복수의 피복물층에서 현저하게 더 낮다는 것을 보여줬다. 이것에 대한 이유는 피복물의 전체 두께에 걸쳐 있고 산소와 수소에 대해 확산 방식으로 작용하는 결함의 수가 복수의 피복물로 감소된다는 것이다.
본 발명의 목적은, 종래 기술에 따른 피복물과 대조하여, 아래에 있는 구성요소의 표면으로 화학적, 물리적 및 기계적 작용이 가해지는 것을 효과적으로 방지하는 피복물을 제공하는 것이다.
피복물이 연속적으로 증착된 두 개 이상의 층, 예를 들면 세 개의 층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 초기에 규정된 구성요소로써 얻어지는 것을 목적으로 한다.
복수의 층으로 이루어진 피복물을 만듬으로써, 상기 피복물은 구성요소의 표면에 가장 가까이 위치된 제 1 층이 제 2 층에 의해서 덮혀져 전체 두께에 걸쳐 있는 결함을 포함하는 피복물의 위험이 현저하게 감소되어 있을 수 있는 결함에 대한 이점을 갖는다. 피복물의 다른 층은 구성요소의 표면으로 다른 조성물로 화합물을 증착시킴으로써 이루어질 수 있는데, 증착은 수회 실행되고 일반적으로 동일한 조건으로 실행되며 각각의 증착과 동일한 방법으로 실행된다. 동일한 조성물로 화합물을 수회 증착하는 것은 피복물에서의 다른 층에 대해서 다른 증착 조건으로 실행되며, 또한 이것은 다른 층에 대해서 다른 증착 방법으로 일어날 수 있다. 제 2 층은 제 1 층에서와 동일한 위치로 위치된 즉, 제 1 층의 결함의 바로 위에 있는 결함을 갖는 위험은 극히 드물며, 또한 제 3 층이 도포된다면, 피복물의 전체 두께에 걸쳐서 세 개의 층 모두가 결함이 나타날 정도로 서로의 위에 위치된 결함을 갖을 위험은 더욱 감소된다. 그러한 복수의 피복물 층에 의해서, 구성요소상의 화학적, 물리적 및 기계적 영향에 대한 높은 내성이 얻어진다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 인접한 층은 다른 구조를 가진다. 이것은 하나 이상의 증착 조건과 피복물의 인접한 층의 증착 방법을 변화시킴으로써 또한 예를 들면 열처리에 의해 어떤 증착 층을 열처리함으로써 이루어진다. 인접한 층간의 구조의 차이는 위에 놓여진 층이 더 아래에 있는 층에서의 결함을 덮는 것을 암시한다. 층의 구조 차이는 결함의 존재뿐만 아니라 층에서의 결함의 종류의 차이를 야기한다. 따라서, 피복물의 전체 두께에 걸쳐있는 결함의 형성의 위험이 더욱 감소되는 방식으로 인접한 층의 다른 구조를 결합할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 인접한 층은 다른 조성물을 가지는데, 그것은 층에 함유된 성분 또는 화합물간의 중량 또는 무게 비율이 인접한 층에 대해 다르다는 것이다. 질화 탄소 티타늄 (TiCN) 을 함유하는 층을 갖는 피복물에서, 예를 들면, 인접한 층내의 티타늄 (Ti), 석탄 (C) 과 질소 (N) 간의 비율이 다양하다. 인접한 층의 조성물의 차이는 구성요소의 표면상에 증착된 혼합물의 조성물을 변화시킴으로써 이루어진다. 인접한 층의 조성물 차이는 위에 있는 층이 더 아래에 있는 층의 결함을 덮는 것을 암시한다. 층의 조성물 차이는 결함량 뿐만 아니라 층에서의 결함의 종류의 차이를 야기한다. 따라서, 피복물의 전체 두께에 걸쳐있는 결함의 위험이 더욱 감소되는 방식으로 인접한 층에서 다른 조성물을 결합할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 인접한 층은 다른 재료로 이루어진다. 재료가 다른 층이 다른 종류의 결함으로 존재할 수 있는 결과, 피복물의 전체 두께에 걸쳐 있는 위험이 형성되는 것을 감소한다. 제 1 층상에 위치된 제 2 층의 결함이 제 1 층의 결함과 동일 위치에서 형성되는 위험이 감소된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 피복물은 하나 이상의 세라믹 제료로 이루어지는 하나 이상의 층을 포함한다. 이것은 세라믹으로 이루어지지 않는 피복물과 비교하여 피복물의 부식, 산화 및 수화에 대한 내성과 내마모성을 증가시킨다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 피복물의 최외각 층은 하나 이상의 세라믹 재료로 이루어진다. 이것은 최외각 층이 세라믹 재료로 이루어지지 않은 층과 비교하여 내마모성과 부식, 산화 및 수화에 대한 내성을 증가시킨다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 피복물의 각각의 비세라믹 층은 세라믹 층과 인접한다. 이것은 내마모성과 부식, 산화 및 수화에 대한 내성에 긍정적인 효과를 가진다.
본 발명의 또 다른 실시에에 따르면, 피복물은 네 개 이상의 층으로 이루어진다. 피복물이 네 개의 층으로 이루어지는 경우, 전체 두께에 걸쳐서 있는 결함으로 인한 피복물의 위험이 현저하게 감소된다.
본 발명의 다른 실시에에 따르면, 각각의 층 (4) 은 티타늄 (Ti), 질화 티타늄 (TiN), 이산화 티타늄 (TiO2), 질화 탄소 티타늄 (TiCN), 질화 알루미늄 티타늄 (TiAlN), 이산화 지르코늄 (ZrO2), 질화 지르코늄 (ZrN) 및 다이아몬드계 석탄 (DLC) 중 하나 이상의 재료로 이루어진다. 모든 이러한 재료는 중성자의 미량만 흡수하고 양호한 내마모성을 가지며 따라서 원자력 발전소용 재료로 적당하다.
본 발명의 다른 응용에 따르면, 피복물은 티타늄 및 질화 티타늄의 교대 층들로 이루어진다. 이러한 결합은 산소 및 수소 확산에 대해 양호한 내성을 갖는 피복물을 야기함으로써 증명되었다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 피복물은 20 ㎛ 이하의 전체 두께를 가진다. 그러한 두께는, 피복물이 매우 낮은 중성자를 흡수하는 재료인 다이아몬드계 석탄으로 이루어질 때, 대량의 중성자를 흡수하지 않는다는 것이다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 피복물은 10 ㎛ 이하의 전체 두께를 가진다. 그러한 두께는 대량의 중성자를 흡수하지 않는 규정된 두 개 이상의 재료로 이루어지는 피복물용으로 가능하다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면 피복물은 5 ㎛ 이하의 전체 두께를 가진다.
본 발명의 응용에 따르면, 구성요소가 지르코늄기재 재료의 표면으로 만들어진다. 본 발명의 다른 응용에 따르면, 구성요소가 스테인레스 강의 표면으로 만들어진다. 본 발명의 또 다른 응용에 따르면, 구성요소가 티타늄의 표면으로 만들어진다. 지르코늄기재 재료, 스테인레스 강 및 티타늄은 원자력 발전소에서 구성요소로 가끔씩 사용하는 재료이다. 따라서, 구성요소의 마모, 부식, 산화 및/또는 수화에 의해 야기되는 손상을 방지하기 위해서 이러한 재료로 만들어진 구성요소의 표면상에 내마모성, 불투과성 및 우수한 피복성 피복물을 제조하는 것이 중요하다.
상기 피복물의 준비는 초기에 규정된 방법에 의해 얻어지는데, 피복물이 각각에 위치된 층으로서 증착되고, 또한 각각의 층은 기상 증착법에 의해 증착된다. 기상 증착으로 인해서, 구성요소의 표면상에 적은 수의 결함을 갖는 얇은 층을 증착하는 것이다. 다시 말하면, 이것은 만약 중성자 흡수가 낮아지고 피복물의 스케일링의 위험이 무의미하여할 필요성이 있는 얇은 피복물을 얻는 것이 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 하나 이상의 층이 PVD 법 (물리적 기상 증착법) 에 의해 구성요소의 표면에 증착된다. 본 발명의 응용에 따르면, 하나 이상의 층이 반응 또는 비반응 스퍼터링에 의해 표면에 증착된다. 본 발명의 다른 응용에 따르면, 하나 이상의 층이 반응 또는 비반응 이온 도금에 의해 표면에 증착된다. 본 발명의 또 다른 응용에 따르면, 하나 이상의 층이 반응 또는 비반응 증발에 의해 표면에 증착된다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 하나 이상의 층이 CVD 법 (화학 기상 증착법) 에 의해 표면에 증착된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 인접한 층이 다른 구조를 가지는 방식으로 피복물이 두 개 이상의 층으로서 증착된다. 본 발명의 응용에 따르면, 인접한 층이 다른 조성물을 가지는 방식으로 피복물이 두 개 이상의 층으로서 증착된다. 발명의 응용으로써, 인접한 층이 다른 재료로 이루어지는 방식으로 피복물이 증착된다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 피복물이 하나 이상의 세라믹 재료로 이루어진 하나 이상의 층을 포함하는 방식으로 피복물이 증착된다. 본 발명의 일 응용에 다르면, 최외각의 층이 하나 이상의 세라믹 재료로 이루어지는 방식으로 피복물이 증착된다. 본 발명의 다른 응용에 따르면, 각각의 비세라믹 층이 세라믹 층에 인접하는 방식으로 피복물이 증착된다.
본 발명의 응용으로써, 피복물이 네 개 이상의 층으로서 증착된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 각각의 층이 티타늄 (Ti), 질화 티타늄 (TiN), 이산화 티타늄 (TiO2), 질화 탄소 티타늄 (TiCN), 질화 알루미늄 티타늄 (TiAlN), 이산화 지르코늄 (ZrO2), 질화 지르코늄 (ZrN) 및 다이아몬드계 석탄 (DLC) 중 하나 이상의 재료로 이루어지는 방식으로 피복물이 증착된다. 본 발명의 응용으로써, 피복물이 티타늄 및 질화 티타늄의 교대층들로 이루어지는 방식으로 피복물이 증착된다.
본 발명의 일 응용에 따르면, 피복물의 전체 두께를 20 ㎛ 이하로 하는 방식으로 피복물이 증착된다. 본 발명의 다른 응용에 따르면, 피복물의 전체 두께를 10 ㎛ 이하로 하는 방식으로 피복물이 증착된다. 본 발명의 다른 응용에서, 피복물의 전체 두께를 5 ㎛ 이하로 하는 방식으로 피복물이 증착된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 피복물은 지르코늄기재 재료의 표면으로 증착된다. 본 발명의 응용으로써, 피복물은 스테인레스 강의 표면으로 증착된다. 본 발명의 다른 응용으로써, 피복물은 티타늄의 표면으로 증착된다.
상기 규정된 목적은, 구성요소가 경수로내에 배열되는 곳에서 이용하여 또한 얻어진다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참조하여 더욱 상세히 설명될 것이다.
도 1 에서, 경수로내에 배열된 구성요소 (1) 의 일부와 피복물이 존재하는 표면 (2) 이 도시되었다. 경수로를 사용함으로써, 피복물 (3) 이 물 또는 물의 혼합물 및 수증기와 접촉한다. 피복물 (3) 은 산화, 수화, 부식 및/또는 마모에 의해 야기되는 손상으로부터 표면을 보호하는 역할을 한다. 피복물 (3) 은 각자에 위치된 복수의 층으로 이루어져 있다. 표면 (2) 에 가장 인접하게 위치된 층 (Ⅰ) 에 존재 가능한 결함 (5) 은 제 2 층의 증착시 제 2 층 (Ⅱ) 에 의해 덮혀진다. 이러한 경우에 있어서, 피복물 (3) 이 피복물 (3) 의 전체 두께에 걸쳐 있는 어떠한 결함 (5) 도 포함하지 않는다는 것을 의미한다. 만약에 그런 경우라면, 피복물 (3) 은 결함 (5) 의 영역에서 표면을 보호할 수 없으며, 따라서 표면 (2) 과 물, 수증기 또는 그들의 혼합물 사이의 접촉에 의해 야기되는 산화, 수화 및 부식에 의해 표면은 손상된다. 피복물 (3) 의 전체 두께에 걸쳐 있는 중요한 (significant) 결함 (5) 에 의해서, 표면 (2) 은 이러한 영역에서 마모에 의해 또한 손상된다. 층 (1) 에서 결함 (5) 의 우측 상부에 위치된 결함 (5) 을 갖는 층 (Ⅱ) 의 확률은 매우 작다. 만약 다른 층 (Ⅲ) 이 층 (Ⅱ) 위에 증착된다면, 결함 (5) 이 각자의 층 (Ⅱ 및 Ⅲ) 의 상부에 위치되는 확률은 매우 무의미하며, 결과적으로 결함 (5) 이 피복물 의 전체 두께 (Ⅲ) 에 걸쳐져 있다. 각자에 위치된 층의 수는 다양한데 예를 들면 3, 4, 6 또는 10 이다.
피복물 (3) 내 인접한 층 (4) 은 또한 다른 구조 또는 조성물을 가지고/또는 다른 재료로써 구성된다. 이것은 인접한 층 (4) 내에 동일한 결함의 형성을 방해하여, 따라서 피복물 (3) 의 전체 두께에 걸쳐 있는 결함 (5) 형성의 위험을 더욱 감소시킨다.
도 2 에서, 종래 기술에 따른 구성요소가 도시되었고, 구성요소의 표면 (2) 이 피복물 (3) 로써 덮혀졌다. 경수로에 사용할 때, 피복물 (3) 은 물 또는 물의 혼합물과 수증기와 접촉하고 산화, 수화, 부식 및 마모에 의한 손상으로부터 표면 (2) 을 보호하는 역할을 한다. 피복물 (3) 이 1 층으로 단지 이루어졌다면 피복물 (3) 내에 존재 가능한 결함 (4) 은 피복물 (3) 의 전체 두께에 걸쳐 있는 결함 (3) 을 야기한다. 이것은 피복물 (3) 내 결함 (4) 의 존재가 결함 (4) 의 영역에 의해 물 또는 물의 혼합물 및 수증기와 표면 (2) 이 접촉하는 것을 방지할 수 없어, 표면 (2) 에 손상을 야기한다는 것을 의미한다. 종래 기술에 의하면, 완전히 결함이 없는 피복물을 제조하는 것은 불가능하다. 단지 피복물 (3) 의 두께를 증가하여 피복물 (3) 의 전체 두께에 걸쳐 있는 결함 (4) 의 출현을 억제하는 것도 불가능하다. 이유는, 전술한 것 처럼, 피복물이 핵연료와 근접할 때 피복물을 두껍게 하여 피복물의 스케일링 위험이 증가되고 중성자의 흡수가 증가된다는 것이다. 이것은 종래 기술의 피복물 (3) 이 표면 손상을 방지할 수 없다는 것을 의미한다.
도 3 에서, 경수로내 구성요소 (1) 가 도시되었는데, 표면 (2) 이 피복물 (3) 에 의해 덮혀졌다. 경수로에서 사용할 때, 피복물 (3) 은 물 또는 물의 혼합물 및 수증기와 접촉하고 물 또는 물의 혼합물 및 수증기로부터 표면 (2) 을 보호하는 임무를 가지고 마모로부터 표면을 보호하는 역할을 한다. 피복물 (3) 은 각자에 위치된 층으로 이루어졌고, 상기 층은 다른 구조 또는 조성물물을 가지거나 다른 재료로 이루어져 있다. 재료 (A) 로 이루어지고 표면 (2) 에 가장 가까운 층 (4) 이 위치된다. 이러한 재료 (A) 상에 재료 (B) 로 이루어진 층 (4) 이 위치된다. 이러한 재료는 제 1 재료 (A) 로 이루어진 층 (4) 으로 덮혀진다. 그런 후, 제 2 재료 (B) 로 이루어진 층 (4) 이 뒤따른다. 이러한 AB 준비 층 (4) 은 작은 수의 층, 예를 들면 각각의 재료 (A 및 B) 의 1 층으로 이루어지는데, 더 많은 수의 층과 마찬가지로 2 층이다.
도 4 는 경수로 (2) 내 구성요소 (1) 를 도시한 것으로써, 표면 (2) 은 피복물 (3) 과 피복된다. 사용할 때, 피복물 (3) 은 물 또는 물의 혼합물 및 수증기와 접촉하고 물 또는 물의 혼합물 및 수증기와 마모로부터 표면 (2) 을 보호하는 역할을 한다. 피복물 (3) 은 각자에 위치된 다른 재료 (A, B 및 C) 의 일련의 층 (4) 으로 이루어졌다. 표면 (2) 에 가장 가까이 위치된 제 1 층 (4) 이 재료 (A) 로 이루어지는 방식으로 층 (4) 이 제공된다. 재료 (A) 로 이루어진 층위에 위치된 다음 층 (4) 은 재료 (B) 로 이루어졌다. 재료 (B) 로 이루어진 층위에 위치된 다음 층 (4) 은 재료 (C) 로 이루어졌다. 이러한 재료 위에 재료 (A) 로 이루어진 층 (4) 이 위치되고, 또한 이러한 층 위에 재료 (B) 로 이루어진 층 (4) 이 위치되고, 또한 그 위에 재료 (C) 로 이루어진 층 (4) 이 위치된다. 피복물 (3) 내 이러한 ABC 준비 층 (4) 은 작은 수의 층, 예를 들면 각각의 재료 (A, B 및 C) 의 1 층으로 이루어지는데, 더 많은 수의 층과 마찬가지로 3 층이다.
본 발명의 구성요소는 예를 들면 PWR- 또는 BWR-타입의 경수로 구성요소일 수 있다. 하나의 일례에 따르면, 경수로의 구성요소는 연료용 클래딩 튜브로 이루어졌고 발명에 따른 피복물은 클래딩 튜브의 외면으로 증착되는 것이 바람직하다. 다른 일례에 따르면, 구성요소는 거리 소자, 예를 들면 스페이서 (spacer) 로 이루어졌으며, 또한 일례에 따르면 연료통으로 이루어져 있다.
발명에 따라 복수의 층으로 이루어진 피복물은 산화, 수화, 부식 및 마모의 하나 이상에 내성이 있다.
피복물의 전체 두께가 20 ㎛ 이하로 되게 하는 방식으로 실행되는 방법에 의해 피복물이 증착된다. 다른 방법은 피복물의 전체 두께가 10 ㎛ 이하로 되게 하는 방식으로 실행된다. 또 다른 방법은 피복물의 전체 두께가 5 ㎛ 이하로 되게 하는 방식으로 실행된다.
하나의 방법에 따르면, 피복물은 지르코늄기재 재료의 표면상으로 증착된다. 다른 방법에 따르면, 피복물은 스테인레스 강의 표면상으로 증착되지만, 다른 방법에 따른 피복물은 티타늄 표면상으로 증착된다.
경수로에서 사용할 때 구성요소와 접촉하는 물은 탈이온수이다.

Claims (32)

  1. 사용할 때, 물, 수증기 또는 그것의 혼합물과 접촉하는 구성요소가 적어도 부분적으로 금속 및/또는 금속 합금으로 이루어졌으며, 또한 그 표면 (2) 은 물 및/또는 수증기와 금속 및/또는 금속 합금이 접촉하는 것을 방지하도록 제공된얇은 피복물 (3) 이 제공된 경수로용으로 설계된 구성요소에 있어서, 상기 피복물이 연속하여 증착된 두 개 이상의 층 (4) 으로 이루어진 것을 특징으로 하는 구성요소.
  2. 제 1 항에 있어서, 인접한 층 (4) 이 다른 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 구성요소.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 인접한 층 (4) 이 다른 조성물을 갖는 것을 특징으로 하는 구성요소.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 인접한 층 (4) 이 다른 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 구성요소.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 피복물 (3) 이 하나 이상의 세라믹 재료로 이루어진 하나 이상의 층 (4) 으로 이루어진 것을 특징으로 하는 구성요소.
  6. 제 5 항에 있어서, 피복물 (3) 의 최외각 층 (4) 이 하나 이상의 세라믹 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 구성요소.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 피복물의 각각의 비세라믹 층이 세라믹 층에 인접하는 것을 특징으로 하는 구성요소.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 피복물 (3) 이 네 개 이상의 층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 구성요소.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 층 (4) 은 티타늄 (Ti), 질화 티타늄 (TiN), 이산화 티타늄 (TiO2), 질화 탄소 티타늄 (TiCN), 질화 알루미늄 티타늄 (TiAlN), 이산화 지르코늄 (ZrO2), 질화 지르코늄 (ZrN) 및 다이아몬드계 석탄 (DLC) 중 하나 이상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 구성요소.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 피복물 (3) 이 티타늄 (Ti) 과 질화 티타늄 (TiN) 의 교대 층들 (4) 로 이루어진 것을 특징으로 하는 구성요소.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 피복물 (3) 이 20 ㎛ 이하의 전체 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 구성요소.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 피복물 (3) 이 10 ㎛ 이하의 전체 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 구성요소.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 피복물 (3) 이 5 ㎛ 이하의 전체 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 구성요소.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 구성요소가 지르코늄기재 재료의 표면으로 만들어지는 것을 특징으로 하는 구성요소.
  15. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 구성요소가 스테인레스 강의 표면으로 만들어는 것을 특징으로 하는 구성요소.
  16. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 구성요소가 티타늄의 표면으로 만들어지는 것을 특징으로 하는 구성요소.
  17. 구성요소가 적어도 부분적으로 금속 및/또는 금속 합금으로 이루어지고, 또한 피복물 (3) 이 사용할 때, 물, 수증기 또는 그들의 혼합물과 금속 및/또는 금속 합금이 접촉하는 것을 방지하도록 제공된 경수로용으로 설계된 구성요소의 표면 (2) 상에 얇은 피복물의 제조 방법에 있어서, 피복물이 각각에 배열된 층으로서 표면상에 증착되며, 또한 각각의 층이 기상 증착법에 의해 증착되는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제 17 항에 있어서, 하나 이상의 층이 PVD 법에 의해 표면에 증착되는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제 17 항 또는 제 18 항에 있어서, 하나 이상의 층이 반응 또는 비반응 스퍼터링에 의해 표면에 증착되는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제 17 항 또는 제 18 항에 있어서, 하나 이상의 층이 반응 또는 비반응 이온 도금에 의해 표면에 증착되는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제 17 항 또는 제 18 항에 있어서, 하나 이상의 층이 반응 또는 비반응 증발에 의해 표면에 증착되는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제 17 항에 있어서, 하나 이상의 층이 CVD 법에 의해 표면에 증착되는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제 17 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서, 인접한 층이 다른 구조를 갖도록 피복물이 두 개 이상의 층으로서 층착되는 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 제 17 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서, 인접한 층이 다른 조성물을 갖도록 피복물이 두 개 이상의 층으로서 증착되는 것을 특징으로 하는 방법.
  25. 제 17 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서, 인접한 층이 다른 재료로 이루어지도록 피복물이 증착되는 것을 특징으로 하는 방법.
  26. 제 17 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서, 피복물이 하나 이상의 세라믹 재료로 이루어진 하나 이상의 층을 포함하도록 피복물이 증착되는 것을 특징으로 하는 방법.
  27. 제 26 항에 있어서, 최외각의 층이 하나 이상의 세라믹 재료로 이루어지도록 피복물이 증착되는 것을 특징으로 하는 방법.
  28. 제 26 항 또는 제 27 항에 있어서, 각각의 비세라믹 층이 세라믹 층에 인접하도록 피복물이 증착되는 것을 특징으로 하는 방법.
  29. 제 17 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 있어서, 피복물이 네 개 이상의 층으로서 증착되는 것을 특징으로 하는 방법.
  30. 제 17 항 및 제 29 항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 층이 티타늄 (Ti), 질화 티타늄 (TiN), 이산화 티타늄 (TiO2), 질화 탄소 티타늄 (TiCN), 질화 알루미늄 티타늄 (TiAlN), 이산화 지르코늄 (ZrO2), 질화 지르코늄 (ZrN) 및 다이아몬드계 석탄 (DLC) 중 하나 이상으로 이루어지도록 피복물이 증착되는 것을 특징으로 하는 방법.
  31. 제 17 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 있어서, 피복물이 티타늄 (Ti) 및 질화 티타늄 (TiN) 의 교대 층들로 이루어지도록 피복물이 증착되는 것을 특징으로 하는 방법.
  32. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항의 구성요소가 경수로내에 배열되는 것을 특징으로 하는 구성요소의 용도.
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