Получение карбидов урана

ПОЛУЧЕНИЕ КАРБИДОВ УРАНА [c.151]

Трудности были частично преодолены, когда обнаружили, что эта реакция проходит в две стадии. На первой, низкотемпературной стадии, которая, по данным работы [57], начинается при 600° С и полностью заканчивается при 700° С, а по данным работ [69, 74], протекает в интервале температур 900—1000° С, ОзОв восстанавливается до и02 с образованием преимущественно СО2. На второй стадии, высокотемпературной, протекающей с заметной скоростью примерно при 1300° С и выше, полученная иОг реагирует с остальной частью углерода, образуя ПС и газообразную СО. В соответствии с этим была внесена поправка на содержание углерода в шихте вместо отношения УзОв С == 1 11 [уравнение (5)] более точным оказалось отношение 1 10 [69, 74]. Таким образом, получение карбида урана в две стадии описывается уравнением [c.161]

Существует несколько методов изготовления топливных сердечников. Наиболее распространенным среди них является химический золь-гель-процесс, разработанный в США [6]. Он обеспечивает получение сферических частиц из двуокиси и карбида урана с высокой плотностью ( 98% теоретической) в широком диапазоне размеров. Исходными продуктами при изготовлении топливных сердечников методами порошковой металлургии являются двуокись урана и углерод в виде сажи. При температуре 2800° С происходит взаимодействие двуокиси урана с углеродом и образование карбида урана. После спекания и сплавления частиц проводится их грануляция и рассев. [c.15]

Предполагается использовать в качестве одной ветви термоэлемента карбид урана. Для получения разности потенциалов 1 В требуется температура горячего спая 1000° С. При 2000° С ток может достигать 50—60 А/см поверхности карбида урана с напряжением 2 В. Это позволяет получить электрическую мощность более 750 Вт на 1 см поверхности термоэлектрогенератора. Материалом второй ветви могут служить, например, пары цезия. [c.112]

При изучении системы и — С в числе прочих трудностей исследователи сталкиваются с проблемой получения чистых соединений карбидов, не загрязненных примесями кислорода и азота. Эти элементы способны замещать углерод в кристаллической решетке карбидов. Несмотря на принимаемые меры, избежать загрязнения во время приготовления сплавов и проведения экспериментов полностью не удается. Даже наиболее чистые карбиды урана, получаемые при плавке кусков урана и графита высокой чистоты, содержат несколько сотых долей процента кислорода и тысячные доли процента азота. В карбидах, получаемых металлокерамическим способом или плавкой с использованием шихты, содержащей окисел урана, [c.142]

Общий недостаток методов получения карбидов — возможность загрязнения их кислородом и азотом. Эти примеси попадают в продукты с исходными материалами и из окружающей атмосферы и, замещая собою углерод в кристаллической решетке карбида, приводят к отклонению от заданного состава. Карбиды урана, особенно в виде порошков, неустойчивы в воде и на воздухе и постепенно окисляются уже при комнатной температуре, [c.151]

Содержание свободного углерода в монокарбиде урана обычно меньше 0,1 вес. %. Однако получение однофазного карбида с количеством связанного углерода, равным стехиометрическому, также представляет весьма трудную задачу. Содержание углерода в иС во время процесса может изменяться от многих причин от дополнительного науглероживания от графитового тигля, в котором обычно проводят карбидизацию от графитового нагревателя от наличия неучтенного кислорода в реагентах от натекания в печь воздуха, приводящего к некоторому окислению продукта от испарения материалов при нагреве и т. д. В связи с этим проблема, связанная с чистотой карбидов урана, очень сложна. [c.156]

Реакция урана с углеродом (уравнение (6)]. Реакция начинается при 800° С [3, 76], и синтез карбида может быть легко осуществлен. На практике этот способ используют при выплавке слитков иС для получения продукта, очень чистого по кислороду и азоту. Эти примеси, если и вносятся в незначительном количестве с исходными материалами (обычно берут уран в виде литого металла высокой чистоты и спектрально чистый графит), почти полностью удаляются при плавке. Таким способом получают наиболее чистый карбид. В частности, им пользуются при выплавке сплавов для исследования диаграмм состояния и свойств карбидов урана. [c.162]

Однако получение карбида плавкой урана и графита в промышленном масштабе ограничивается высокой стоимостью металлического урана. [c.163]

Порошок урана содержит повышенное количество кислорода и азота в виде пленок на поверхности частиц. При проведении синтеза в твердой фазе эти пленки удаляются в меньшем количестве, чем при расплавлении, поэтому метод порошковой металлургии не может обеспечить получение карбида с очень низким содержанием кислорода. Однако метод оправдывается тем, что продукт получают в виде изделия заданной формы и соответствующих размеров. [c.163]

В связи с трудностями получения методами порошковой металлургии плотных и чистых по кислороду изделий из карбида урана с воспроизводимыми свойствами во многих странах приступили к разработке метода, основанного на плавке и отливке карбида. В ряде случаев работы проводились в сравнительно большом масштабе, с количеством реагентов, изме- [c.175]

Давление пара в системе. Имеется значительное число работ, посвященных измерению давления пара над карбидами урана. Полученные результаты обычно выражают в виде давления пара урана над иС и иСг (табл. 3.13 и рис. 3.17). [c.191]

Если оставить в стороне погрешности, связанные соизмерением параметров режима экспериментов, давление пара в системе 11 — С сильно зависит от состава карбида количества углерода и наличия примесей, особенно кислорода, который всегда, по крайней мере в сотых долях процента,, присутствует в карбиде. Известно, что получение чистых карбидов урана [c.195]

ПОЛУЧЕНИЕ КАРБИДОВ ПЛУТОНИЯ И ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ КАРБИДОВ УРАНА И ПЛУТОНИЯ [c.266]

Так как многие методы получения карбидов плутония сходны с соответствующими методами для карбидов урана, ниже приводятся лишь некоторые дополнительные детали, специфические для плутония, а основные сведения приведены в разделе Карбиды урана . [c.266]

В работе [8] приводятся данные по получению твердых растворов карбидов урана и плутония. Авторы указывают, что реакция с пропаном при 730° С проходит быстро, и получается порошок, у которого содержание углерода 4,85 вес. "п, удельная поверхность 0,58 ж г, параметр решетки а 4,960 0,006 А. Содержание водорода в таком продукте достигает 0,09 вес. "п. Было обнаружено некоторое количество фазы полуторного карбида. Твердому раствору (Со,85, Рио,15)С стехиометрического состава соответствует содержание углерода 4,69 вес.%, поэтому при содержании углерода 4,85 вес. в сплавах присутствует избыточная фаза — твердый раствор полуторного карбида (У, Ри)2Сз. [c.268]

Электросопротивление. Удельное электросопротивление монокарбида плутония и твердых растворов карбидов урана и плутония измерялось многими исследователями [6, 20, 21 . Полученные данные не всегда совпадают, что можно объяснить различием в методах получения образцов. Так, в работе [21] образцы для измерения электросопротивления готовились спеканием порошков карбидов урана и плутония и имели форму цилиндров длиной 10 мм и диаметром 6 мм. В работе [201 образцы готовили плавлением компонентов в дуговой печи с последующей разливкой в графитовые изложницы для получения стержней диаметром 9,5 мм, которые затем для получения однородной структуры отжигали при 900° С в течение 700 ч. Образцы из монокарбида плутония были выдержаны при 1300° С в течение 6 ч. Затем стержни вытачивали в атмосфере аргона до нужного диаметра и длины. [c.280]

Предлагались также другие методы получения нитридов урана, основанные на применении в качестве исходного материала окисла, галогенида или карбида урана [4, 23, 24]. В случае окислов урана [25] подмешивают соответствующее количество углерода, необходимое для связывания кислорода в виде СО, и смесь нагревают в атмосфере азота при температуре около 1700° С. Реакция описывается уравнением [c.315]

Жидкое ядерное горючее. Выбранное жидкое горючее должно использоваться при максимально высокой температуре температура его плавления должна быть ниже точки плавления конструкционных материалов, чтобы сохранить твердую структуру конструкций, содержащих горючее. Таким образом, разница между температурами плавления горючего и конструкционного материал а должна быть как можно больше. Кроме того, жидкий материал тепловыделяющего элемента должен содержать расщепляющийся материал в очень высокой концентрации, чтобы получить большую степень загрузки, требуемую по условиям нейтронного расчета реактора. Это достигается размещением горючего в виде отдельных масс, что присуще реакторам с использованием жидкостей. Краткий обзор литературы [20, 21] по этому вопросу позволяет заключить, что имеется несколько типов жидких тепловыделяющих элементов. Смеси карбида урана с карбидами вольфрама или циркония могут работать при температуре до 8000° К. При такой температуре карбид урана начинает испаряться из смеси. Карбиды вольфрама плавятся при температурах от 5000° К до 5500° К таким образом, горючее на основе этого материала мон ет храниться в сосудах из металлического вольфрама или графита, если не будет происходить чрезмерной коррозии на границе твердой и жидкой сред. Об этом мало что известно. Карбид циркония, температура плавления которого равна 6300° К, очень трудно хранить в расплавленном состоянии однако, смешивая карбид циркония с карбидом урана, можно получить более низкую температуру плавления. Температура плавления чистого карбида урана иСг равна 5500° К следовательно, этот материал можно использовать в качестве жидкого горючего, если только достаточный объем горючего, необходимый для теплопередачи, может быть получен без растворения материала. [c.526]

Темпера уры закалки быстрорежущих сталей должны быть высокими для более полного растворения карбидов и получения лучшей теплостойкости. Они определяются содержанием вольфрама фис. 13). [c.165]

Большое значение для практики получения покрытий имеют размеры и форма частиц. В некоторых случаях требуется, чтобы частицы имели сферическую форму. Лучше других оправдывают себя пламенные методы сфероидизации порошков, например, метод распыления проволоки или стержней в плазменной струе. Таким способом получены сферические порошки вольфрама, молибдена, тантала, ниобия, меди, карбида -бора, окислов алюминия, магния, урана и других металлов [22]. [c.29]

Состав и область гомогенности УСг. Несмотря 1 а многочисленные попытки, дикарбид урана с количеством связанного углерода, соответствующим стехиометрическому составу (9,17 вес.%), не был получен. В карбиде всегда наблюдается дефицит по углероду. По последним данным [13], которые можно считать наиболее надежными, содержание углерода в кубической модификации дикарбида при температуре фазового перехода соответствует формуле иС1,89, а с повышением температуры оно постепенно увеличивается (см. рис. 3.1), достигая при 2450° С состава иС1,дв- Это хорошо совпадает с соответствующими значениями [иС1,8э и иС1,94 (при эвтектической температуре)] из работы [45]. [c.150]

Способ был проверен на получении других соединений, в частности карбидов ванадия, молибдена, циркония, а также нитрида урана UN. В последнем случае аргон заменяли азотом. [c.160]

Если использовать тонкодисперсный уран, реакция урана с углеводородом протекает при низкой температуре (600—800° С), а продуктом является мелкий активный порошок, пригодный без промежуточного измельчения для изготовления компактных изделий прессованием и спеканием [81, 83]. Однако имеются некоторые трудности в получении продуктов заданного состава, чистых по кислороду, с воспроизводимым содержанием углерода. В связи с тем, что используемый углеводород обычно содержит некоторое количество кислорода и азота, которые из-за низкой температуры реакции не могут удалиться с газообразными продуктами, карбид содержит повышенное количество этих примесей по сравнению с карбидом, восстановленным при высокой температуре из окислов урана [18, 81]. [c.163]

Реакции солей урана с углеродом [уравнения (1)—(3)J. Соединения урана (NH4)2U207, и02(Н0з)2 являются первичными продуктами переработки урановых руд и, следовательно, дешевле окислов урана и металлического урана [53—57]. Это обстоятельство послужило причиной использования их для разработки технологии получения карбидов урана. Однако эти работы не вьшши за рамки поисковых исследований, так как возникли серьезные затруднения, связанные с контролированием состава продуктов [56, 57]. Например, в диуранате аммония содержание кристаллизационной воды меняется, что осложняет определение необходимого количества углерода в шихте. При мокром смешении с углеродом образуются желатинообразные трудно высыхающие шихты, занимающие очень большой объем [57]. Кроме того, карбиды, полученные по уравнению (3), загрязнены исходными реагентами и нуждаются в специальной очистке. [c.152]

Вакуумный вариант получения карбидов урана исследован более деталь ю и описан во многих работах [39, 58, 65, 68, 69]. Остаточное давление газов в печи перед подъемом температуры обычно составляет 10 — 10 мм рт. ст. Реакция начинается при температуре 1150—1200° С [60, 65 , но на практике ее обычно ведут при температуре выше 1300° С [39, 65]. В ходе реакции при непрерывной откачке давление СО может возрастать до нескольких миллиметров ртутного столба. Операцию обычно ведут до достижения давления, соответствующего давлению газов в печи до нагрева. Скорость повышения температуры существенного значения не имеет. Максимальная температура реакции зависит от многих факторов величины загрузки, мощности откачной системы, требуемого остаточного содержания кислорода в продукте и др.— и в разных работах принимается разная. От температуры реакции зависит конечное содержание в карбиде кислорода, который, в связи со склонностью образовывать оксикарбид урана, особенно трудно удаляется на последней стадии реакции. Получить U , свободный от кислорода, этим методом почти невозможно. Более высокая температура обеспечивает наиболее чистый по кислороду продукт. Несмотря на сообщения в литературе [36] о проведении реакции (4) при температуре 1400—1600° С, реакцию получения U из UO2 действительно завершенной можно считать только при температуре 1800° С. [c.155]

Реакция закиси-окиси урана с углеродом, уравнение (5) [57, 69, 74 . В связи с тем, что UsOg в ряде технологических процессов переработки уранового сырья, а также в пирометаллургическом варианте регенерации ис является конечным продуктом, получение карбидов урана этим способом имеет свои основания, связанные с возможностью избежать отдельной операции по восстановлению UsOg до иОз. [c.160]

Одна из существенных проблем атомной энергетики— получение покрытий из нержавеющей стали, графита и тугоплавких металлов на сферических частицах окиси урана и карбида урана диаметром от 10 до 1000 микрон. Такие частицы используются в качестве ядерного горючего твэлов и микротвэлов сложной формы. Покрытие защищает их от осколков, образующихся в частицах ядерного, горючего при делении. Сферические порошки с покрытием зачастую получают с помощью плазменной технологии. [c.141]

В некоторых работах исследовались условия проведения реакции восстановления двуокиси урана углеродом в токе инертного газа (аргона) [63, 67, 73]. Эту операцию проводят двояко или аргон протекает через, слой неподвижной шихты СОг + С [67], или шихта под напором аргона находится во взвешенном состоянии, образуя кипящий слой [73]. Предполагается, что замена вакуума инертным газом позвЬлит уменьшить испарение металла, что особенно важно при получении карбида плутония и твердых растворов карбидов урана и плутония. Кроме тогб, проведение реакции в кипящем слое позволит, возможно, интенсифицировать процесс и резко увеличить его производительность. [c.159]

Режим получения U2 3, описанный Маллетом, был подтвержден в работах [15, 48]. В работе [48] реакцию контролировали по изменению электросопротивления, которое у полуторного карбида урана значительно выше, чем у моно- и дикарбида. [c.165]

Д и карбид урана. В табл. 3.9 и на рис. 3.14, б приведены значения теплоемкости дикарбида урана, полученные в разных работах и различными методами. Наблюдается расхождение данных, особенно в области высоких температур. Результаты работы Левинсона [47] критически рассматривались на Венском симпозиуме по термодинамике [7], где было отмечено, что они нуждаются в подтверждении. Более поздняя работа Стормса [13], не подтвердила их, но вместе с тем в ней было найдено постоянство значений Ср при изменении температуры, что необычно. Поэтому теплоемкость в высокотемпературной области нуждается в дополнительном подтверждении. [c.182]

Полуторный карбид урана. Согласованные на Венском симпозиуме по термодинамике [7] значения теплоемкости ПоСз для интервала температур 25—1780° С, полученные сложением соответствующих данных для ис и ОСа, отвечают формуле [c.184]

Полуторный карбид урана. НгСз, полученный из литого сплава и — С с содержанием 59,4 ат. % С (кислорода и азота С, 0,02 и остальных примесей 0,05 вес. %) путем термообработки, имеет при комнатной температуре удельное электросопротивление 204 10 ом -м, которое возрастает с температурой [48]. [c.205]

Карбонитриды и оксикарбиды. Известно, что получить полностью однофазный твердый раствор карбида урана в карбиде плутония (У, Ри)С трудно. Небольшое отклонение от стехиометрии приводит к появлению избыточной металлической фазы и — Ри или твердого раствора полуторных карбидов (и, Ри)2Сз. Однако получение однофазной структуры облегчится, если часть атомов углерода заменить на азот или кислород, т. е. получить соединение (и, Ри) (С ЫуОг) 117]. Его можно рассматривать как тройной твердый раствор МеС — МеЫ — МеО, где Ме означает композицию 1) — Ри. [c.296]

В процессе радиоактивного распада (см. Радиоактивность) 1Л превращается через ряд мепее долговечных элементов в радий (см.). А так как один из промежуточных элементов этого ряда превращений—иII—является изотопом исходного элемента—урана I, то практически смешанный элемент уран состоит всегда из ТЛ с практически ничтожной (ок. 0,1%) примесью ии. Элементарный У. (полученный напр, путем восстановления окиси У. углем)—-серебристобелый, не очень твердый парамагнитный металл, уд. в. 18,7 Г л, чистого У. —1 850°, но она сильно снижается вследствие примесей (карбиды). Соответственно высокому ат. в. У. обладает очень низкой уд. теплоемкостью—0,028. При нагревании в кислороде или в воздухе сгорает с образованием закиси-окиси ПдОв. Непосредственно соединяется также с азотом, углеродом, галоидами, серой. В минеральных к-тах растворяется относительно легко с выделением водорода. [c.300]

В обзоре [1] дается следующая оценка перспективности новых видов атомного топлива на основе урана, которую предлагается учитывать при исследованиях и разработках двуокись урана СОг карбиды нитриды, сульфиды бериллид иВе з (представляет интерес лишь для высокообогащенного горючего) силициды, бориды (перспективность последних зависит от экономики получения изотопа бора В ) алюминид иЛ12, фосфид иР, станнид иЗпз. [c.4]

Принципиальной разницы между получением моно- и дикарбида урана нет, если не считать некоторого различия в режимах и в количестве углерода, необходимого для реакции. Метод получения полуторного карбида U2 3 отличается специфичностью, и этому вопросу посвящается отдельный раздел. [c.151]

Главная трудность при получении гомогенных плотных изделий спеканием — наличие в еторошке карбида примеси кислорода. Кислород вносится с исходным карбидом в форме примесных включений и в растворенном виде, попадает из атмосферы при спекании и на операциях, предшествующих спеканию, в основном при измельчении. Измельчение необходимо, если карбид поступает в виде спека после восстановления из окислов в твердой фазе или слитков после плавки. Кислород в карбиде вызывает образование свободного урана в изделии и газовыделение при спекании по уравнению (10). С другой стороны, кислород в виде пленки окисла на порошке карбида играет роль барьера, затрудняющего диффузию компонентов карбида и усадку изделия. [c.166]

Барнес и др. [70], исследовавшие горячее прессование порошка УС в графитовых пресс-формах в интервале температур 1600—1900° С при давлении 0,14 т1см , сообщили о сильной диффузии углерода из пресс-формы в карбид, начиная с 1200 С, приводившей в течение нескольких минут к образованию дикарбида урана и разрушению образца. Меерсон и др. [68], поместив в пресс-форму защитную прокладку из молибденовой фольги, обеспечили однофазность и целостность изделия. Исходный УС был получен восстановлением УОг и имел крупность зерен около 10— 15 мкм. При температуре 1800—1900° С, давлении прессования 0,3 /тг/сж-и времени выдержки 5 мин плотность достигала 95% теоретической. При более высокой температуре плотность понижалась вследствие растрескивания молибденовой прослойки и науглероживания. [c.174]

Наиболее удобное сырье для плавки — спек монокарбида урана, полученного восстановлением двуокиси урана твердым углеродом. Из такого монокарбида получить гомогенный слиток значительно проще, а требования, предъявляемые к исходному карбиду в отношении чистоты по кислороду и азоту, могут быть менее жесткими, так как при плавлении большая часть газов удаляется, а возможная неоднородность состава в исходном снеке карбида выравнивается. В частности, в работе [38] при содержании в исходном монокарбиде <0,125 вес.% О были получены слитки карбида с устойчивым содержанием кислорода не более 0,01 вес.%. При большем содержании кислорода в исходном УС рекомендуется применение в печи динамической атмосферы с контролируемым содержанием в ней кислорода. [c.176]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...