Двуокись урана. Часть 2
Очень важное значение имеет спекание двуокиси урана для получения керамики с плотностью и микроструктурой, отвечающей условиям службы в реакторе [501]. Порошок двуокиси урана был получен из нитрата урана через диуранат аммония. Размер агломератов, из которых состоял порошок, был следующий.
Агломераты состояли из кристаллов размером около 0,1 мк. Удельная поверхность порошка, определенная по методу адсорбции азота, составляла 4—5 м2/г. Отношение О/U — 2,02.
Из порошка с добавкой 4—6 вес. % воды прессовали таблетки диаметром 15 мм и высотой 15 мм давлением от 1000 до 4000 кГ/см2.
После спекания было установлено, что оптимальное давление прессования составляет 2000 кГ/см2. Образцы, спрессованные под более высоким давлением, впоследствии разрушались.
Образцы спекались в среде сухого водорода, давление которого составляло 600 мм рт. ст. Водород предварительно очищали пропусканием через колонки с активной медью и силикагелем. Скорость нагревания образцов составляла 400 град/ч, скорость охлаждения 1000 град/ч. Экспериментально установлено, что оптимальной температурой спекания UO2 является 1550° С при длительности выдержки 4 ч.
После спекания плотность таблеток была равна 10,50 ± 0,07 г/см3, максимальная усадка 21,8%. Микроскопическое исследование спеченных образцов показало, что средний размер пор был менее 1 мк, а средний размер зерна— около 7 мк. Зерна были относительно однородны по размерам. Более крупные поры были локализованы вблизи границ зерен. Термогравиметрическим анализом установлено, что в спеченных таблетках отношение О/U = 2,00. Результаты исследования показали, что из двуокиси урана можно получить спеченные образцы с оптимальной плотностью и требуемой микроструктурой.
Добавка окисей иттрия, лантана, тория и магния и других окислов существенно улучшает свойства UO2. Испаряемость модифицированной UO2 добавками иттрия и лантана значительно меньше испаряемости двуокиси урана [502].
Взаимодействие UO2 с BeO, MgO, СаО, SrO и ВаО. Двуокись урана в восстановительной среде не образует соединений или твердых растворов с ВеО или MgO [537]. Однако в случае избыточного кислорода была обнаружена некоторая растворимость MgO в UO2+ (до 37 мол. % MgO) [536]. По данным Хукстра и Каца [538], растворимость MgO в UO2 может достигать 50 мол. %.
По своему взаимодействию с UO2 окислы СаО, SrO, ВаО аналогичны друг другу. Эвтектическая температура в системе СаО — UO2 равна 2080° С при 45 мол. % UO2. Растворимость UO2 в СаО не обнаружена. Область твердого раствора СаО в UO2 простирается от 20 до 47 мол. % СаО (при 1650° С). Ниже 1750° С образуются соединения CaU04 и Са1Ю3. Причем соединение CaUO3 имеет кристаллическую решетку редких земель типа С.
В системе СаО — UO2 обнаружен только твердый раствор с решеткой типа флюорита и одно соединение с орторомбической структурой типа перовскита, образующееся в смесях с составами 62 и 83 мол. % СаО.
Другие части: