UO<sub>2+<i>x</i></sub>芯块预氧化工艺以及低温烧结致密化机理研究
来源：核动力工程杂志2015年第2期北京时间：
作者：李锐, 孙茂州, 聂立红
单位：中科华核电技术研究院集团核燃料研发设计中心, 广东深圳, 518026；
摘要：为实现二氧化铀(UO<sub>2</sub>)粉末的低温活化烧结,使用综合热分析仪对UO<sub>2</sub>粉末表面进行预氧化处理,之后结合比表面积仪、X射线衍射仪以及扫描电镜分析粉末的相变点、比表面积、物相成分以及粉末微观形貌。通过以上试验得到:空气中224.6℃加热8 h后,在UO<sub>2</sub>粉末中出现了少量U<sub>3</sub>O<sub>7</sub>,而367.0℃加热8h后,UO<sub>2</sub>粉末将转变为U<sub>3</sub>O<sub>8</sub>。使用热膨胀仪对表面预氧化粉末制备的芯块进行模拟烧结试验发现:经过预氧化处理后,UO<sub>2</sub>芯块的烧结收缩温度从1200℃降低至580℃,致密速率(Δ<i>L</i>/<i>L</i>)从1.52×10<sup>-4</sup>K<sup>-1</sup>增加到3.08×10<sup>-4</sup>K<sup>-1</sup>。基于简化点缺陷模型以及致密化方程,阐述了预氧化处理UO<sub>2+<i>x</i></sub>芯块低温烧结的机理,即:UO<sub>2+<i>x</i></sub>的扩散系数由于过量氧的存在,与UO<sub>2</sub>相比呈指数级别增加,该值远大于UO<sub>2</sub>的扩散系数;而芯块致密化方程中,烧结参数A与UO<sub>2+<i>x</i></sub>的扩散系数正相关,其值可表示为温度<i>T</i>的二次多项式的指数形式;多项式参数为:<i>a</i>=16.23658,<i>b</i>=0.04247,<i>c</i>=-2.18802×10<sup>-5</sup>。
关键词：表面预氧化, 低温烧结, 二氧化铀(UO<sub>2</sub>), 超化学计量, 点缺陷, 致密化机理
