Upload
ivory-chen
View
44
Download
0
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Композиты в высокотемпературных ядерных реакторах. С.Т. Милейко 1 , М.М. Тревгода 2 , А.А. Осипов 2 1 Институт физики твёрдого тела РАН, Черноголовка Московской обл., Россия 2 Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского, Обнинск, Россия. Краткое предварительное сообщение. - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
Композиты в высокотемпературных ядерных реакторах
С.Т. Милейко1, М.М. Тревгода2, А.А. Осипов2
1Институт физики твёрдого тела РАН, Черноголовка Московской обл., Россия
2Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского,Обнинск, Россия
Краткое предварительное сообщение
Обсуждение достоинств и перспектив высокотемпературных ядерных реакторов с тяжёлыми металлическими теплоносителями (ТЖМТ)
Роль композитных материалов в реализации проекта
Хорошо бы услышать конструктивную критику
Краткое предварительное сообщение
Обсуждение достоинств и перспектив высокотемпературных ядерных реакторов с тяжёлыми металлическими теплоносителями (ТЖМТ)
Роль композитных материалов в реализации проекта
Хорошо бы услышать конструктивную критику
Преимущества ядерных реакторов с ТЖМТ очевидны
Современная атомная энергетика: кпд 20-45% Современная теплоэнергетика: кпд достигает 60% (парогаз
и др.)
ПОДНЯТЬ ТЕМПЕРАТУРУ до 1000-1100оС: повысить кпд до уровня теплоэнергетики
Ряд других преимуществ (лёгкая масштабируемость, расширение энерготехнологических возможностей - производство Н2, снижение нагрузки на экологию и др.)
Требования к материалам горячей зоны реактора
Коррозионная стойкость в свинце Радиационная стойкость Прочность, трещиностойкость, крипостойкость
Коррозионная стойкость оксидов в свинце
MgO
BeO
Y2O3
SiO2
MgAl2O4
Y3Al5O12….
Но хрупкость!?
Радикальное решение - композиты
Пример 1: Y3Al5O12-Y3Al5O12 композит
Монокристаллическое волокно Y3Al5O12 в поликристаллической Y3Al5O12 матрице:Эта комбинация обеспечивает прочность, трещиностойкость и крипостойкость при высоких температурах
Пример 2: Сапфировое волокно – Мо-матрица
Kazmin,V.I, Mileiko,S.T., and Tvardovsky,V.V., Strength of ceramic matrix - metal fibre composites, Compos. Sci. and Technology, 38 (1990) 69 - 84.
Пример 2: Оксидное волокно – Мо-матрица
Kazmin,V.I, Mileiko,S.T., and Tvardovsky,V.V., Strength of ceramic matrix - metal fibre composites, Compos. Sci. and Technology, 38 (1990) 69 - 84.
Пример 3: SiC-SiC
У нас нет волокон SiC, в странах Запада Востока >100 т в год
В.А. Ивановым и Е.А. Орловой (ФЭИ) в начале 90-х годов исследовались образцы композита типа 1 (Al2O3-Al2O3) и композита типа 2.Результаты исрытаний при температуре 1000оС в течение 250 ч – положительные.
Коррозионная стойкость композитов в свинце
Монокристаллические волокна
Метод внутренней кристаллизации
Метод внутренней кристаллизации
Internal Crystallisation Method
далее
Метод внутренней кристаллизации
5. Dissolution of molybdenum
Метод внутренней кристаллизации (МВК)
5. Dissolution of molybdenum
A variety of possible compositions and microstructures of composites is determined mainly by the availability of various oxide fibres obtained by the internal crystallisation method
Single crystalline– Sapphire– YAG– Mullite
MgAl2O4
Eutectics– Al2O3-Al5Y3O12 (AY)
– Al2O3-Er5Y3O12 (AEr)
– Al2O3-Al5Y3O12-ZrO2 (AYZ)
– Al2O3-AlLaO3 (ALa)
– etc.
МВК-волокна: форма и размеры
МВК-волокна: прочность и высокотемпературная ползучесть
Eutectic fibres (Al2O3-Y3Al5O12):strength – crystallisation rate
1 10 100 1000
1000
2000
Be
nd
ing
str
en
gth
/ M
Pa
Pulling rate / mm/min
Base: 0.8 - 1.2 mm
E = 400 GPa
Thermal gradients and thermal stresses
Nano-structured
Eutectic fibres (Al2O3-Y3Al5O12-ZrO2):strength – crystallisation rate
0.1 1 10 1000
200
400
600
800
1000
1200
1400
S
tre
ng
th /
MP
a
Pulling rate / mm/min
Base 1 mm
Сопротивление ползучести (CП) монокристаллических волокон муллита и
граната YAG
CП is stress to yield 1% creep strain for 100 h
Метод внутренней кристаллизации (МВК)
5. Dissolution of molybdenum
Метод внутренней кристаллизации (МВК)
Композиты на основе оксидов могут по коррозионным и
механическим характеристикам быть основными материалами
горячей зоны высокотемпературного
реактора с ТЖМТ.
Композиты на основе оксидов:Радиационная стойкость ?