Использование технологии самораспространяющегося высокотемпературного синтеза для создания функциональных борсодержащих материалов ядерных энергетических установок

• Автор: Демянюк, Дмитрий Георгиевич
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 124 с. : ил.

Глава 1.Основные направления использования технологии
самораспространяющегося высокотемпературного синтеза в физике
и технике ядерных энергетических установок
1.1. Использование керамических материалов в атомной промышленности и технологии их получения
1.2. Метод самораспространяющегося высокотемпературного синтеза и его применение
Выводы
Глава 2 Расчетно-теоретическое обоснование возможности
получения функциональных материалов ЯЭУ методом СВС
2.1 Элементный состав материалов, предназначенных для защиты от потоков ионизирующего излучения
2.2. Теплофизические условия синтеза борсодержащих материалов для систем ЯЭУ
Выводы
Глава 3. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез поглощающих и функциональных материалов для ядерных
энергетических установок
3.1. Приборы и техника проведения эксперимента, технологические приемы получения борсодержащих материалов
3.2. Тепловые режимы получения СВС-материалов на основе борида вольфрама и карбида бора
3.3. Влияние геометрии образцов на тепловые режимы горения
3.4. Влияние реакционноспособных добавок на тепловые режимы и свойства конечного продукта
3.5. Режимы получения многослойной СВС-керамики на основе композиций WB и В4С

Выводы
Глава 4. Использование материалов, полученных в режиме

технологического горения, в технике радиационной защиты
4.1. Прочностные свойства СВС-материалов
4.2. Исследование защитных свойств материалов полученных в режиме СВС
4.2.1. Свойства материалов, обеспечивающие защиту от потоков быстрых нейтронов (эксперимент)
4.2.2. Свойства материалов, обеспечивающие защиту от у-излучения (эксперимент)
4.2.3. Расчетное исследование защитных свойств (методика и результаты численных экспериментов)
4.3. Методика сравнительного анализа радиационной стойкости на базе возбуждения термо - ЭДС в композиционных материалах Выводы
Заключение
Литература

Актуальность работы. В настоящее время большую актуальность приобрели вопросы повышения безопасности и надежности ядерных энергетических установок (ЯЭУ) различного целевого назначения. Одним из путей решения данной проблемы является создание новых материалов, а также поиск более эффективных способов их получения.
Большое применение в ЯЭУ нашли функциональные материалы, полученные с использованием керамических технологий. Например, создание перспективных ядерных топливных композиций: сульфиды, нитриды, карбиды делящихся и сырьевых нуклидов; создание жаропрочных и коррозионностойких замедляющих материалов: нитрид бериллия, карбид циркония; синтез материалов для изготовления элементов систем управления и защиты ядерных энергетических установок: сульфид кадмия, нитрид гафния, карбид гафния и, наконец, получение компактных высокоэффективных защитных материалов [1]. Вместе с тем традиционные технологии создания указанных материалов обладают рядом существенных недостатков, среди которых следует отметить высокие временные и энергозатраты, сложное аппаратное обеспечение и др.
В связи с этим возникает необходимость использование нетрадиционных для ядерной техники технологических подходов. Ярким примером перспективных керамических технологий является метод самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), разработанный в 1967 г. в Институте структурной макрокинетики РАН академиком А.Г.Мержановым и сотрудниками [2].
К преимуществам технологии СВС следует отнести простоту аппаратного исполнения, малые времена протекания синтеза, сравнительно малые энергозатраты и т.д [3].
Кроме того, СВ-синтез характеризуется тем, что в ходе протекания реакции имеет место высокотемпературная среда, допускающая различные
Расчет адиабатической температуры горения, приводящего к синтезу карбида бора, проводился для случая, когда исходные реагенты смешивались из расчета на протекание следующей реакции:
4В + С->В4С (2.9)
В качестве исходных для расчета использовались данные, приведенные в таблице 2.7. Определение температурной зависимости теплоемкости для карбида бора проводилось согласно разработанной методики по соотношению (2.6). Зависимость теплоемкости от температуры для карбида бора представлены на рисунке 2.5.
т*,к
1000

! / 1I
^ 2 У у

600 т0) К
Рис. 2.7. Зависимость ОТ температуры
предварительного подогрева исходной шихты реагентов (Г0) (расчет):
1 - 2100 кг/м3; 2 - 1000 кг/м3; 3 - 500 кг/м3; 4 - 300 кг/м3.
Рис. 2.8. Зависимость Гад от плотности реакционной системы (расчет):
1 - Г0=600К; 2 - Г0=500К;
3 - Го=400К; 4 - Г0=ЗООК.
В численных экспериментах определялась адиабатическая температура горения при различных варьируемых параметрах предварительной подготовки исходной шихты реагентов: плотность подготовленных к синтезу образцов; величина температуры предварительного подогрева шихты исходных реагентов.