KR910004783B1 - 가연성 중성자 흡수체 - Google Patents
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Abstract
내용 없음.
Description
첨부도면은 본 발명의 제조에 따르는 단계를 도시하는 플로우 챠아트.
본 발명은 원자로에 있어서 가연성 중성자 흡수체를 제조하는 방법에 관계하고 특히 그 구성성분 혹은 원소가 붕소화합물인 중성자 흡수체에 관련한다. 1982년 2월 26일자로 출원된 미합중국 특허출원번호 352, 683호 및 352, 751(라드포드 등이 출원)에서 명시된 바와 같이 주요 중성자 흡수체인 붕소화합물은 블로카아바아드(B4C) 및 지르코늄 볼라이드(ZrB2)이다. 중성자 흡수체는 고도의 내화재 매트릭스(matrix)내에 붕소화합물을 포함하는 세라믹 펠릿(pellet)이다. 원칙적인 내화재는 산화알루미늄(Al2O3) 및 산화지르코늄(ZrO2)이다. 본 발명은 B4C 및 ZrB2가 산화알루미늄 및 산화지르코늄 매트릭스내에 밀봉된 중성자 흡수체 세라믹에 대해 독특한 유용성을 갖는다. 전술한 라드포드 등의 출원서에 나타난 발명의 실재에서 만족스런 중성자 흡수체 세라믹 펠릿이 생산된다. 그러나 중성자 흡수 원소가 붕소화합물인 중성자 흡수 펠릿의 균열 및 붕해가 때때로 발생한다. 이러한 결점을 극복하고 균열 및 붕해가 발생하지 않도록 신뢰할 수 있는 중성자 흡수체 펠릿을 만드는 것이 본 발명의 목적이다.
본 발명은 상기 라드 포드 등의 출원서에서 명시되어 생산된 중성자 흡수 세라믹의 다공성에도 불구하고 세라믹내의 붕소화합물입자가 주위 매트릭스 재료에 접촉해서 밀접하게 제한될 수 있도록 실현함으로써 성취된다. 이러한 조건하에서 중성자 흡수체가 사용되는 동안 열팽창에 의한 팽창, 붕소화합물입자에 중성자 조사로 인한 팽윤이 세라믹내에서 균열 및 붕해를 일으키는 스트레스를 유발한다.
따라서 본 발명은 원자로에 쓰이는 가연성 중성자 흡수체의 제조방법에 있어서 가공형성제로 붕소화합물입자를 코팅하고, 액체상태로 매트릭스 파우더의 슬러리를 만들고 상기 슬러리에 기공형성제로 코팅한 붕소화합물 입자를 혼합하고 코팅된 붕소화합물의 입자와 주물가루의 혼합물을 획득하기 위해 생산된 슬러리를 건조시켜서, 상기 혼합물의 녹색체를 형성하고 상기 녹색체를 소결하며, 기공형성제를 연소시켜서 계속적인 중성자 조사동안에 붕소혼합물입자의 팽창을 도모하도록 보이드(Void)내의 모든 붕소 혼합물입자와 함께 매트릭스내에 붕소혼합물 소결체를 형성하는 것을 특징으로 하는 제조방법에 관련한다.
전술한 균열 및 붕해는 붕소화합물입자를 기공형성제로 코팅함으로써 배제된다. 그리하여 코팅된 입자가 매트릭스 파우더의 슬러리에 혼합되고 그후에 슬러리에 있는 입자가 건조되어 녹색체로 압축되며 그 압축된 녹색체는 세라믹을 형성하기 위해서 소결된다. 이전의 기공은 본질적으로 모든 붕소혼합물입자 주위의 보이드를 떠나면 휘발된다. 붕소화합물입자는 생성된 보이드내의 중력하에 정착할 수 있으나 이러한 입자들이 자리잡은 보이드는 입자에 대하여 내부적으로 세라믹에 응력을 주지않고 자유롭게 확산시킬 공간을 제공한다. 그러나 매트릭스 물질과의 제한된 화학반응 때문에 기공의 표면에 붕소 혼합물입자가 고착할 가능성은 더욱 많다. 이리하여 두 페이스(phase) 물질에 얼마간의 통합이 있게 된다.
본 발명을 더욱 더 분명히 이해하기 위해서 이제부터는 본 발명의 편리한 실시예가 중성자 흡수 세라믹펠릿제조에 따르는 단계를 도시하는 플로우 차아트인 첨부한 도면을 참조해서 예증방식으로 기술될 것이다.
붕소화합물 파우더는 기공형성제(pore former)수용액에서 완전하게 혼합된다. 전형적으로 붕소화합물은 약 20%의 B10을 가진 자연의 B4C이다. 파우더에서 입자의 평균크기 5미크론 내지 30미크론인데 5 내지 15미크론의 평균크기가 양호하다. 입자는 60미크론 이상의 직경을 갖는 입자를 배제하기 위해 걸러질 것이다. 전형적인 기공형성제는 메틸 에틸 케톤(MEK)에 용해된 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA)이며, 슬러리는 B4C의 양호한 분산을 보증하기 위해 쉐어 타이프(shear type)의 푸우드 블렌더(food blender)에 혼합된 MEK에 20%의 PMMA 수용액 200g 내에 B4C 100g을 포함하는 것이 양호하다.
다른 기공형성결합제는 유기스테아르산염, 폴리비닐부틸랄, 파라핀왁스, 바세린 및 라텍스를 포함할 수 있다. 증발된 어느 한 유기 액체 매질이 사용될 수 있고 결합제는 적용된 열에 의해 액화될 수 있다.
기공형성결합제는 세라믹 흡수체를 형성하기 위해 사용된 바인더 시스템에서 용해하지 않는다는 것이 중요하다.
혼합물은 이전의 기공으로 코팅된 입자를 떠나서는 건조된다. 용액은 전형적으로 붕소혼합물이 용액에 혼합되는 동안 건조된다. 파우더는 뭉쳐진 입자를 제거하기 위해서는 체질을 필요로 한다. 코팅은 전형적으로 약 0.0001인치의 두께이지만, 요구된 보이드 크기에 따라서 그보다 두꺼워질 수도 얇아질 수도 있다. 전형적으로 Al2O3인 매트릭스 파우더는 전형적으로 물과 같은 액체에서 붕소화합물부터 습윤제, 계면활성제 및 해교제와 함께 각각 혼합되어 슬러리를 산출한다. Al2O3의 평균크기는 1-20미크론이다. 습윤제, 계면활성제 및 해교제는 미합중국 특허출원번호 352,686에 기재되어 있다. 전형적인 슬러리의 성분은
란데(Linde) Al2O3파우더 200그램
로말(Lomar PWA 습윤제 24그램
증류된 탈이온수 280그램
이다. 건조 코팅된 붕소화합물이 완전하게 휘저어지는 동안 슬러리에 첨가된다. 혼합물에서 B4C의 양은 전형적으로 Al2O3양의 중량에 의해 1% 내지 25% 사이이다. 유기결합제 및 가소제가 슬러리에 첨가된다. 전형적인 결합제 및 가소제는 미합중국 특허번호 352,686에 기재되어 있다. 전형적으로 슬러리는 Al2O3파우더의 초기중량에 기인하여 15wt%의 코팅된 B4C를 포함한다. 1 내지 3wt% PVA(Polyvinyl alcohol) 결합제가 0.25 내지 0.75wt% 카아보왁스 200가소제와 함께 첨가된다.
이 혼합물은 B4C의 양호한 분산과 Al2O3슬러리내의 결합제 시스템을 보증하기 위해서 섞여진다. 다음의 단계가 취해진다. 슬러리를 분무 건조한다. 뭉쳐진 덩어리를 제거하기 위해 체질한다. Al2O3-B4C 파우더를 주형에 붓는다. 압력에 의해서 녹색체를 형성한다. 압력은 제곱인치당 5,000 내지 60,000파운드 사이에서 변화할 수 있다. 제곱인치당 30,000파운드의 압력이 편리하다. 녹색체를 예비소결한다. 이 단계는 임의로 선택할 수 있으며 변하기 쉬운 결합제와 다른 유기성분을 제거하기 위한 단계이다.
결과로서 생기는 덩어리를 소결하고 결합제 및 가소제와 함께 기공형성제를 연소시킨다. 전형적으로 소결온도는 약 1500℃이다. 기공형성제가 제거됨과 함께 본질적으로 모든 B4C 입자주위에 보이드가 존재한다. 결과로서 생기는 덩어리의 표면을 연마한다. 결과로서 생기는 덩어리로부터 펠릿길이에 따라 절단한다.
Claims (5)
- 원자로에서 가연성 중성자 흡수체를 제조하는 방법에 있어서, 기공형성제로 붕소 화합물 입자를 코팅하는 단계와 ; 상기 슬러리에서 기공형성제로 코팅된 붕소화합물 입자를 혼합하는 단계와 ; 매트릭스 파우더 및 코팅된 붕소 화합물 입자의 혼합물을 형성하기 위한 산출된 슬러리를 건조하는 단계와 ; 상기 혼합물의 녹색체를 형성하는 단계와 ; 계속적인 중성자 조사 동안에 붕소화합물의 팽창을 조절하도록 보이드내의 모든 붕소화합물입자와 함께 매트릭스 내에서 붕소화합물의 소결체를 형성하기 위해 기공형성제를 연소시키고 상기 녹색체를 소결시키는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 가연성 중성자 흡수체.
- 제 1 항에 있어서, 붕소화합물이 볼론카아바이드(B4C) 및 지르코늄 블라이드(ZrO2) 및 산화지르코늄(Al2O3)의 하나 이상으로 구성된 것을 특징으로 하는 가연성 중성자 흡수체.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서 매트릭스 파우더가 산화알류미늄(ZrO3) 및 산화지르코늄(Al2O3)의하나이상으로 구성된 것을 특징으로 하는 가연성 중성자 흡수체.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 코팅된 붕소화합물 입자가 기공형성제 용액에서 붕소화합물 입자를 혼합하여 형성된 후 그 용액을 건조시키는 것을 특징으로 하는 가연성 중성자 흡수체.
- 제 4 항에 있어서, 기공형성제 용액이 붕소화합물 안에서 혼합되는 동안 건조되는 것을 특징으로 하는 가연성 중성자 흡수체.
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