Uranium nitride (UN) pellets with controllable microstructure and phase – fabrication by spark plasma sintering and their thermal-mechanical and oxidation properties

材料科学 颗粒 微观结构 放电等离子烧结 烧结 粒度 冶金 球磨机 晶粒生长 复合材料
作者
Kun Yang,Erofili Kardoulaki,Dong Zhao,Andre Broussard,Kathryn Metzger,Joshua T. White,Michael R. Sivack,Kenneth J. McClellan,Edward J. Lahoda,Jie Lian
出处
期刊:Journal of Nuclear Materials [Elsevier]
卷期号:557: 153272-153272 被引量:17
标识
DOI:10.1016/j.jnucmat.2021.153272
摘要

Dense uranium mononitride (UN) pellets with controlled microstructures and tailored grain size from large-grained to a few microns are synthesized by spark plasma sintering (SPS) combined with high energy ball milling. The impacts of the sintering conditions on fuel microstructure, grain size, physical density, and phase behavior are systematically investigated, and the thermal-mechanical properties and oxidation behavior of the SPS densified UN pellets are characterized. Higher sintering temperatures and longer ball milling durations and thus finer starting UN powders promote sintering and densification, and dense UN pellets above 95% theoretical density can be achieved by SPS at 1873 K for 10 min. UN phase purity is maintained in the SPS-densified pellets sintered at a lower temperature and short duration. A phase heterogeneity with secondary UO2 or uranium sesquinitride (U2N3) occurs for the UN pellets sintered at higher temperatures using finer UN powders. The hardness and fracture toughness of the SPS-densified UN pellets increase with smaller grain sizes and higher densities to 7.9 GPa and 3.5 MPa m1/2, respectively. Both small (1–2 μm) and large grain-sized (30–50 µm) UN pellets exhibit good thermal conductivity. Dynamic oxidation testing by a thermogravimetric analyzer in air shows that the onset temperature for oxidation varies with microstructure and phase heterogeneity of the SPS densified UN pellets. Particularly, the smaller-grained (micron-sized) UN pellets containing uranium oxides and U2N3 display lower weight gain and significantly-reduced oxidation kinetics, and full oxidation completes at a temperature above 1173 K when tested with a ramp rate of 10 K/min.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
更新
大幅提高文件上传限制,最高150M (2024-4-1)

科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
1秒前
mmooo发布了新的文献求助10
2秒前
朱诗源完成签到 ,获得积分10
4秒前
Night完成签到,获得积分10
5秒前
Alexander完成签到,获得积分10
7秒前
8秒前
Damon完成签到 ,获得积分10
10秒前
cricket发布了新的文献求助10
10秒前
侯mm发布了新的文献求助10
13秒前
Becky完成签到,获得积分10
15秒前
16秒前
一111完成签到,获得积分10
16秒前
Lyue完成签到,获得积分10
17秒前
科研小菜雞应助Becky采纳,获得20
19秒前
Yhfzuzjzn完成签到 ,获得积分10
19秒前
21秒前
21秒前
21秒前
22秒前
无花果应助yy采纳,获得10
23秒前
77发布了新的文献求助10
23秒前
25秒前
ZYYYY发布了新的文献求助10
25秒前
小轩窗zst发布了新的文献求助20
26秒前
五虎完成签到,获得积分10
26秒前
boboking完成签到,获得积分10
26秒前
Besty完成签到,获得积分10
27秒前
27秒前
啊哈完成签到 ,获得积分10
27秒前
Anlix完成签到 ,获得积分10
28秒前
30秒前
早川完成签到 ,获得积分10
30秒前
时间恰恰好完成签到 ,获得积分10
31秒前
2028847955发布了新的文献求助10
31秒前
HL完成签到,获得积分20
33秒前
yy发布了新的文献求助10
36秒前
甜甜的安彤完成签到,获得积分10
36秒前
miraitowa发布了新的文献求助10
39秒前
HL发布了新的文献求助10
39秒前
41秒前
高分求助中
LNG地下式貯槽指針(JGA指-107) 1000
LNG地上式貯槽指針 (JGA指 ; 108) 1000
Generalized Linear Mixed Models 第二版 1000
Preparation and Characterization of Five Amino-Modified Hyper-Crosslinked Polymers and Performance Evaluation for Aged Transformer Oil Reclamation 700
Operative Techniques in Pediatric Orthopaedic Surgery 510
How Stories Change Us A Developmental Science of Stories from Fiction and Real Life 500
九经直音韵母研究 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 医学 材料科学 生物 工程类 有机化学 生物化学 物理 内科学 纳米技术 计算机科学 化学工程 复合材料 基因 遗传学 物理化学 催化作用 免疫学 细胞生物学 电极
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 2929100
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 2580198
关于积分的说明 6959615
捐赠科研通 2229220
什么是DOI,文献DOI怎么找? 1184499
版权声明 589511
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 579739