Керамічні матеріали на основі карбіду кремнію для атомної енергетики

Abstract

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук (доктора філософії) зі спеціальності 05.17.11 – технологія тугоплавких неметалічних матеріалів. – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2021 р. Дисертаційна робота присвячена створенню композиційної кераміки на основі SiC з поліпшеними фізико-механічними властивостями та корозійною стійкістю шляхом формування безпористої структури методом ВГП та введення добавок для застосування в атомній енергетиці. Проаналізовано вплив різних добавок на фізико-механічні властивості SiC. Встановлено, що введення 0,5 мас. % Cr в SiC призводить до підвищення коефіцієнта тріщиностійкості на (25 – 30) %. Показано формування та розподіл Cr у структурі SiC та описано механізми його впливу на механічні властивості. У роботі наведено механічні характеристики SiC з добавками Cr у діапазоні від 0,3 до 1,2 мас. %. У роботі вивчені механізми впливу Cr на особливості корозійного процесу. Зафіксовано приріст маси SiC до 3,27 мг/см² на початку корозійних випробуваннях, що покращує корозійну стійкість SiC. Встановлено, що введення 0,5 мас. % Cr не призводить до зниження структурної цілісності та механічної міцності кераміки SiC після γ-опромінення до поглиненої дози 2·10⁶ Гр. Показана принципова можливість використання отриманого керамічного композиту SiC(0,5%Сr), як матеріалу для контейнерів ВАВ і ВЯП українських АЕС.

The dissertation is presented for the candidate of technical sciences degree (doctor of philosophy) in specialty 05.17.11 – Technology of refractory nonmetallic materials. – National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute", Kharkiv, 2021. The dissertation is devoted to the development of SiC-based composite ceramics with improved physical and mechanical properties and corrosion resistance by forming non-porous structure by HSHP and the addition of additives for use in nuclear power. The effect of various additives on physical and mechanical properties of SiC was analyzed. It was found that addition of 0,5 wt. % Cr into SiC leads to an increase in the crack resistance coefficient by (25 – 30) %. The formation and distribution of Cr in the SiC structure is shown, and the mechanisms of its influence on the mechanical properties are described. The paper presents the mechanical characteristics of SiC with Cr additions in the range from 0,3 to 1,2 wt. %. Mechanisms of Cr influence on the peculiarities of the corrosion process are studied in this work. Mass gain of SiC to 3,27 mg/cm² at the beginning of corrosion tests was recorded, which improves corrosion resistance of SiC. It was found that addition of 0,5 wt. % Cr does not lead to a decrease in the structural integrity and mechanical strength of SiC ceramics after γ-irradiation up to an absorbed dose of 2·10⁶ Gy. The fundamental possibility of using the obtained ceramic composite SiC(0,5%Cr) as a material for containers of radioactive waste and spent nuclear fuel from Ukrainian NPPs is shown.