Графіт - тепловиділяючі елементи ядерних реакторів
Сторінка 34 з 39
Штучний графіт міцно увійшов в ядерну техніку як хороший сповільнювач з малим перерізом захоплення нейтронів і як конструкційний матеріал для оболонок і матриць твелів і протиосколочна покриттів сферичних частинок палива у високотемпературних газових реакторах. Так, наприклад, з графіту виконані деякі деталі тепловиділяючих збірок реакторів Білоярської АЕС; графіт використовують як матричного і оболочечного матеріалів в твелах кульового і призматичного типів високотемпературних реакторів AVR, HTGR і інших, для яких потрібен був графіт з більш високими характеристиками міцності.
Графіт у вигляді монокристала має велику анізотропію властивостей, яка обумовлена його гексагональної шаруватої структурою.
Крім анізотропії властивостей, обумовленої кристалічною структурою, є також анізотропія властивостей, обумовлена головним чином текстурою, утвореної в процесі виготовлення. Це призводить до різниці фізичних і механічних властивостей в напрямках, паралельному і перпендикулярному осі пресування або видавлювання.
Реакторний графіт зазвичай отримують видавлюванням або формуванням суміші коксу зі зв'язкою (в основному пек) з подальшим випалюванням при температурі близько 800 ° С для коксування зв'язки. Потім для збільшення щільності або зменшення проникності його просочують пеком або іншими углеродсодержащими матеріалами і, нарешті, здійснюють графітації при 2500-3000 ° С, в результаті якої утворюється кристалічний графіт. Іноді графіт додатково просочують пеком.
Отриманий таким чином графіт - НЕ гомогенний матеріал, а полікристалічне тіло, в якому поряд з межами зерен графіту (з анізотропією кристалічною решіткою) і дефектами упаковки (двойникование) є значна кількість одиночних дефектів.
Найбільш високий ступінь анізотропії у графітірованних матеріалів виходить при видавлюванні, тоді як пресування в прес-інструменті дозволяє отримувати ізотропні матеріали.
За допомогою технологічних прийомів можна змінити багато властивостей графіту для отримання виробів з необхідними характеристиками; вдається виготовити графіт, майже нечутливий до радіаційного росту при низьких температурах.
Основні характеристики реакторного графіту наступні: загальна пористість, частка відкритих пір, їх розподіл і розміри. Характер пористості багато в чому залежить від вихідних матеріалів і способу виготовлення.
Відповідним підбором форми і розміру часток вдається змінювати загальну пористість і відносну частку відкритих пір.
Штучний графіт промислових марок має густину не вище 1,9-7-1,95-10 3 кг / м3, для досягнення якої застосовують вельми трудомісткі і тривалі операції багаторазових просочень. Розроблено спосіб отримання штучних графітів з підвищеною щільністю за рахунок термомеханічної обробки тиском при високих температурах.
Коефіцієнт анізотропії, як правило, обчислюється по відношенню коефіцієнтів термічного розширення поперек і вздовж зерна в температурному інтервалі 20-100 ° С. Для рекрісталлізованного графіту це відношення може доходити до 25, в той час як для звичайного графіту воно не більше 3. Спосіб отримання рекрісталлізованного графіту дозволяє в широких межах варіювати анизотропию властивостей, що має важливе значення при розробці графітових виробів для твелів і збірок.
Піролітичний вуглець є полікристалічні вуглецеві матеріали з різним ступенем переважної орієнтації, отримані розкладанням вуглеводнів з газового середовища при високих температурах на нагрітих поверхнях виробів. Утворилися шари мають велику міцність, малою газопроницаемостью і високою тепло- і електропровідністю (по осі а).
В даний час для отримання повністю непроникних матеріалів ведуться роботи зі створення безпористого графіту з щільністю, близькою до теоретичної, і графіту з замкнутої пористістю.
Графіт більш високої міцності отримують, якщо тверді фази пов'язує і наповнювача мають рівну міцність. Таким способом були виготовлені дрібнозернисті високоміцні графіти на основі непрожарений коксу марок МПГ-6 і ЕЕГ.
Таблиця 8.22. Властивості різних вуглецевих матеріалів вітчизняних і зарубіжних марок при 20 ° С
