2021, Выпуск 4

DOI: 10.55176/2414-1038-2021-4-28-34

Авторы

Курина И.С., Фролова М.Ю., Чесноков Е.А.

Организация

АО «Государственный научный центр Российской Федерации – Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского», Обнинск, Россия

Курина И.С. – ведущий научный сотрудник, доцент, кандидат технических наук. Контакты: 249033, Калужская обл., Обнинск, пл. Бондаренко, 1. Тел.: (484) 399-86-32; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в браузере должен быть включен Javascript..
Фролова М.Ю. – инженер 1 категории.
Чесноков Е.А. – руководитель группы.

Аннотация

Известно, что термостойкость керамических тиглей недостаточна для плавки в них урановых сплавов. Как правило, тигли выдерживают одну или несколько плавок и затем разрушаются. В АО «ГНЦ РФ – ФЭИ» обоснована возможность применения наноструктурных керамических тиглей на основе ZrO₂-MgO-CaO для получения сплава U-10 % Zr в индукционной электропечи. Тигли изготовлены в АО «ОНПП «Технология» им. А.Г. Ромашина» из смеси порошков диоксида циркония, частично стабилизированного нанокристаллическими CaO и MgO в соотношении соответственно 30 и 70 масс. %, с использованием двухстадийного спекания. Такие тигли обладают достаточно высокой стойкостью к термоудару при контакте с расплавами металлов и сплавов и выдерживают 1–3 плавки без разрушения. Были испытаны тигли с различной плотностью (от 5,206 до 5,29 г/см³) и пористостью (от 5 до 9 %) при условиях нагрева расплава со скоростью от 12 до 19 °С/мин до максимальной температуры от 1455 до 1560 °С. Испытуемый тигель ZrO₂-MgO-CaO вставляли в графитовый тигель для предотвращения разлива расплава в электропечи в случае разрушения керамического тигля. Полного разрушения тиглей не происходило, некоторые тигли с небольшими трещинами можно было использовать повторно. Наилучший результат (три плавки) получен при применении такого тигля с пористостью около 5 % для плавки шихты, содержащей уран и цирконий. С целью определения степени взаимодействия расплава, содержащего уран и цирконий, с тиглем на основе ZrO₂-MgO-CaO были проведены исследования микроструктуры и микротвёрдости поверхности тиглей, контактирующей с расплавом, при повышенной температуре 1600 °С. Поверхность всех испытанных тиглей не смачивается жидким уран-циркониевым расплавом, химическое взаимодействие отсутствует. Наноструктурные керамические тигли на основе ZrO₂-MgO-CaO пригодны для плавки урансодержащих материалов в индукционной электропечи.

Ключевые слова
сплав U-10 % Zr, тигли на основе ZrO₂-MgO-CaO, пористость, микроструктура, плавка, взаимодействие

Полная версия статьи (PDF)

Список литературы

УДК 669.822.5

Вопросы атомной науки и техники. Cерия: Ядерно-реакторные константы, 2021, выпуск 4, 4:3