eng
Выпуск #3/2017
Ф.Макаров, А.Пономаренко, Р.Захаров, И.Дзюбинский, С.Иванов, А.Глебов, М.Лебедев
Создание труб-оболочек твэлов из композиционных материалов на основе карбида кремния
Создание труб-оболочек твэлов из композиционных материалов на основе карбида кремния
Просмотры: 4724
Авария на АЭС в Фукусиме в 2011 году показала особую опасность паро-циркониевой реакции, возникающей при повышении температуры оболочек твэлов из-за потери теплоносителя. В связи с этим особую актуальность приобрели программы по разработке новых материалов твэлов, устойчивых к авариям такого рода и способных существенно повысить безопасность атомных реакторов.
УДК 621.039.548, ВАК 05.14.03, DOI: 10.22184/1993-8578.2017.73.3.60.67
УДК 621.039.548, ВАК 05.14.03, DOI: 10.22184/1993-8578.2017.73.3.60.67
Теги: composite material fuel element nanomaterial silicon carbide карбид кремния композиционный материал наноматериал твэл
Одними из наиболее перспективных материалов для использования в ядерных реакторах в качестве оболочек тепловыделяющих элементов вместо циркониевых сплавов в последние годы считаются композиты на основе карбида кремния. Сегодня научные разработки в данной сфере ведутся во Франции, Японии, Южной Корее, Китае и США [1]. В Российской Федерации работы по созданию труб-оболочек твэлов из композиционных материалов на основе карбида кремния ведет ГК "Росатом" и его головной материаловедческий институт ВНИИНМ.
SIC VS. ZR
Переход от топливной оболочки из циркониевого сплава к карбидокремниевому композиционному материалу (SiC / SiC) является сложной задачей, требующей больших изменений в технологии реакторных материалов.
Сплавы циркония обладают малым сечением захвата тепловых нейтронов, удовлетворительной теплопроводностью, высокой прочностью при нормальных условиях эксплуатации. Но аварийное повышение температуры оболочки твэлов выше 600 °С приводит к началу пароциркониевой реакции с выделением из воды водорода и образованием взрывоопасной газовой смеси [2]. Использование карбида кремния в качестве основного материала для топливной оболочки позволяет исключить возможность образования взрывоопасной смеси, так как данный материал обладает достаточно низкой кинетикой окисления и высокой температурой плавления.
В таблице представлено сравнение основных физико-химических свойств циркониевого сплава и SiC [3].
Как видно из таблицы, карбид кремния обладает более высокой механической прочностью, износостойкостью, твердостью, теплопроводностью, а также хорошей коррозионной и радиационной стойкостью [4]. Он устойчив в водяном паре, очень слабо реагирует с кислородом при повышенных температурах и, в отличие от циркониевых сплавов, не приводит к выделению водорода с образованием взрывоопасной газовой смеси. Преимущество карбида кремния перед цирконием было подтверждено рядом исследований, где было показано, что прочность SiC / SiC-композитов остается стабильной при температурах свыше 1 500 °С, в то время как цирконий полностью утрачивает прочность при температуре 1 300 °С. Кроме того, карбид кремния в экстремальных условиях показывает скорость коррозии, в 100–1 000 раз меньшую, чем у циркония [5].
КОНЦЕПЦИЯ WESTINGHOUSE
Компания Westinghouse (США) является одним из мировых лидеров в области исследований и создания технологии изготовления оболочечных труб из композиционного материала на основе карбида кремния и занимается данным вопросом с 2004 года. После серии удачных экспериментов ученые из Westinghouse выбрали три варианта технологии изготовления оболочечных труб (рис.1), которые, по их мнению, обеспечат соответствие требованиям, предъявляемым к оболочкам твэлов [6].
Первый вариант заключается в формировании композита из волокнистого армирующего каркаса, сплетенного из SiC-волокна под углом 45–52°, и SiC-матрицы, полученной путем жидкофазной или газофазной пропитки. Благодаря такой структуре SiC / SiC-композита исключается хрупкое разрушение и повышается прочность готового изделия. Второй и третий варианты предусматривают нанесение дополнительного защитного слоя SiC методом газофазного осаждения (CVD) на внутреннюю или внешнюю поверхность композита, изготовленного согласно первому варианту технологии. Такой слой позволит удержать газообразные продукты деления и увеличить коррозионную стойкость изделия при взаимодействии с водяным паром, в том числе повысить его прочность, однако возможно появление проблем с геометрическими размерами оболочки. Также предлагалось совместить три предложенных варианта технологии, создав композит с внутренним и внешним защитными слоями.
Разработка вышеописанной технологии ведется в рамках проекта ATF (Accident-tolerant fuel – устойчивое к авариям топливо). По последним данным, Westinghouse планирует освоить производство полномасштабных труб-оболочек твэлов из карбида кремния к 2025 году. Финансирование проекта составит более 1,5 млрд долл. США [8]. В 2016 году Westinghouse совместно с General Electric Aviation начали строительство двух заводов по производству керамоматричных композитных изделий, которые должны дать первую продукцию уже к середине 2018 года. Первый завод нацелен на производство SiC-волокна, которое на данный момент изготавливается только в Японии, второй же завод будет специализироваться на производстве композитных изделий с применением SiC-волокна [9].
В дальнейшем планируется использовать разработанные технологии в таких областях, как машиностроение, авиация, космос, оборонная промышленность, гражданский сектор и т.д.
РОССИЙСКИЕ ИННОВАЦИИ
В период с 2011 по 2016 год учеными ВНИИНМ был проведен большой объем исследований различных методов создания оболочечных труб на основе SiC, что позволило сократить отставание от зарубежных коллег. Были исследованы следующие методы: шликерное литье; изостатическое прессование; газофазное осаждение; осаждение SiC из газовой фазы на подложку из SiC, полученную методом изостатического прессования; пропитка волокнистого каркаса из SiC кремнийорганическими прекурсорами. Полученные образцы представлены на рис.2.
При подробном изучении каждого из методов были выявлены их преимущества и недостатки. Например, методом газофазного осаждения получаются трубки с наименьшим значением пористости (0,6%), высоким значением прочности (250–275 МПа), но такие образцы подвержены хрупкому разрушению. В свою очередь, метод пропитки волокнистого каркаса из SiC кремнийорганическими прекурсорами позволяет избежать хрупкого разрушения, но образцы имеют высокую пористость и низкую прочность.
Проанализировав полученные результаты, во ВНИИНМ пришли к выводу, что соответствие оболочечных труб предъявляемым требованиям может быть достигнуто только при совмещении нескольких технологий, что позволит создать многослойный композит на основе β-SiC, как показано на рис.3.
Трехслойная керамическая оболочка обеспечивает оптимизацию свойств внутреннего монолита для удержания газообразных продуктов деления, укрепление волокнами матрицы для повышения механических характеристик и внешнего монолитного слоя для сопротивления коррозии. Представленная принципиальная схема схожа с американской концепцией, но все же имеются различия, которые связаны, в основном, с технологией создания среднего композиционного слоя.
Если американские ученые остановили свой выбор на биаксиальном плетении (45 Ч 45о) волокнистого каркаса [10] (образцы с такой архитектурой лучше сопротивляются нагрузкам на кручение), то во ВНИИНМ рассматривают варианты с использованием триаксиального плетения, или с комбинированной архитектурой плетения, которая будет в том числе сопротивляться нагрузкам на изгиб, что увеличит прочность готового изделия (рис.4). Исследования по данному вопросу планируется закончить в 2017 году.
Архитектура плетеного каркаса оказывает значительное влияние на свойства готовых изделий, предотвращая хрупкое разрушение и обеспечивая повышение механических свойств, но качество пропитки плетеного каркаса имеет не меньшее значение. Одним из ключевых качеств готового изделия является его закрытая пористость, уровень которой должен быть минимален. Пористость матрицы зависит от многих факторов, в том числе от выбранного метода ее формирования и от применяемых материалов. В США используют метод жидкофазной пропитки предкерамическими олигомерами, что на выходе дает достаточно высокую пористость на уровне 6–10% [11].
В России, как и в случае с выбором архитектуры плетения, исследуется комбинированная технология. Кроме жидкофазной пропитки предкерамическими олигомерами, которые модифицированы различными металлами, во ВНИИНМ исследуют возможность применения газофазной и электрофоретической пропитки, а также усовершенствования вышеуказанных методов путем использования вибрационных и ультразвуковых колебаний. Рассматриваемые варианты позволяют повысить плотность и равномерность заполнения матрицы по всей длине изделия по сравнению с жидкофазной пропиткой.
В настоящее время специалистами ВНИИНМ ведутся работы по нанесению на волокна межфазового слоя, который компенсирует разницу тепловых расширений слоев, что при работе при повышенных температурах значительно снижает вероятность растрескивания готового изделия.
Немаловажную роль в структуре готового композита играет SiC-волокно. На данный момент технологией изготовления стехиометрического β-SiC-волокна обладают США и Япония. Поставки такого волокна в нашу страну не осуществлялись. Однако, ВНИИНМ имеет серьезный задел для изготовления SiC-волокна по собственной технологии, которая, по предварительным расчетам, значительно дешевле аналогов. Ее отработка во ВНИИНМ уже началась и планируется к завершению в 2017–2018 годах.
Нельзя не отметить, что в изготовлении труб-оболочек твэлов могут быть использованы наноматериалы, которые в силу своих особенностей значительно улучшат свойства готового изделия, при этом их можно внедрять практически на каждом этапе изготовления. Например, в процессе пропитки уместно применение мелкодисперсных порошков карбида кремния высокой чистоты с целью заполнения микропор для снижения закрытой пористости. Для увеличения прочности – в качестве вспомогательных элементов при нанесении межфазового слоя – возможна имплантация на β-SiC-волокно графена, фуллеренов или SiC-нанопроволок. Работы в данном направлении уже ведутся, но о конкретных результатах можно будет судить не ранее 2018 года.
В ближайшие годы на площадке ВНИИНМ планируется завершить создание опытно-лабораторного участка производства труб-оболочек твэлов из композиционного материала на основе карбида кремния. При этом упор делается на возможность производства не только оболочечных труб, но и других видов композитных изделий. В процессе создания участка также планируется освоить производство β-SiC-волокна, которое будет востребовано во всех областях композитной отрасли в силу своих преимуществ перед углеродным волокном, в частности, в термостойкости и термостабильности. В дальнейшем проект по созданию композиционных труб-оболочек твэлов из карбида кремния должен стать составной частью более масштабной программы ВНИИНМ "Толерантное топливо" – аналога американского ATF.
МНОГОГРАННЫЙ SIC / SIC
В настоящее время карбид кремния считается одним из наиболее перспективных материалов для производства композитов. Он имеет большой потенциал в авиакосмической отрасли, в производстве узлов и деталей газотурбинных двигателей и установок. Особенно широкое применение карбид кремния и его различные модификации нашли в конструкциях летательных аппаратов, работающих при повышенных температурах в условиях высокой нагрузки и повышенного износа. Это связано с тем, что SiC обладает высокими антифрикционными свойствами. Уже сегодня он применяется в радиальных и торцевых подшипниках скольжения, рабочих кольцах торцовых уплотнений, в том числе газодинамических. Пары скольжения с низким коэффициентом трения способны существенно снизить энергопотребление механизмов, обеспечить высокий уровень надежности их работы и значительно повысить их долговечность [12, 13].
Композиционные изделия из карбида кремния получили большое распространение в оборонной промышленности, особенно при изготовлении различных бронеэлементов. Активно изучается взаимодействие этого вида композиционных изделий с кумулятивными зарядами, их сочетание с активной защитой. Исследования различных видов танковой брони показали, что применение композиционной керамики на основе карбида кремния дает ощутимый выигрыш по массе – до 30%. При этом возрастает прочность и пулестойкость изделий [14].
С учетом последних тенденций и прогнозов ведущих мировых ученых карбид кремния станет одним из основных материалов 21 века. Обладая набором уникальных свойств, он может быть использован практически во всех областях науки и техники.
ЛИТЕРАТУРА
1. Южанин А., Данилова Т. Топливо будущего. Атомный эксперт. URL: http://atomicexpert-old.com/content/toplivo-budushchego.
2. Безумов В.Н., Захаров Р.Г., Кабанов А.А., Новиков В.В., Пименов Ю.В. Вопросы разработки оболочки твэла из композиционного материала на основе карбида кремния в рамках концепции безопасности водоохлаждаемых реакторов в условиях аварий // Инновационные проекты и технологии ядерной энергетики: доклады. – М.: ОАО "НИКИЭТ". 2014. Т. 1. С. 303–315.
3. Безумов В.Н., Новиков В.В., Кабанов А.А., Захаров Р.Г., Макаров Ф.В., Пономаренко А.П. Вопросы разработки оболочки твэла из композиционного материала на основе карбида кремния в рамках концепции безопасности водоохлаждаемых реакторов в условиях аварий // Вопросы атомной науки и техники: Материаловедение и новые материалы. 2014. № 4 (79). С. 76–90.
4. Безумов В.Н., Захаров Р.Г., Макаров Ф.В., Пономаренко А.П. и др. Способ изготовления керамической трубки для оболочки тепловыделяющего элемента. Патент РФ 2575863.
5. В MIT получены результаты испытаний оболочки твэлов из карбида кремния. Интернет-портал Nuclear.ru, URL: http://nuclear.ru/news/78867/?sphrase_id=5052350.
6. Accident-tolerant Fuel. Game-changing Technology for Safety, Reliability and Lower Operating Cost. Интернет-сайт компании Westinghouse Electric Company LLC URL: http://www.westinghousenuclear.com/Portals/0/Technovation%20Stuff/Accident%20Tolerant%20Fuel%20Brochure%20.pdf
7. Deck C.P. Westinghouse accident tolerant fuel. Phase 1a project. Final Report for the Period November 12, 2012 Through September 7, 2015.
8. Boylan F., Franceschini F., Johnson S. and etc. Development of LWR Fuels with Enhanced Accident Tolerance; Task 4 – PreliminaryBusiness Plan, 2013.
9. GE Aviation to build unique materials factories, Интернет-сайт компании GE Aviation, URL: http://www.geaviation.com/press/other/other_20160616.html.
10. Daejong K., Hyun-Geun L., etc. Fabrication and measurement of hoop strength of SiC triplex tube for nuclear fuel cladding applications // Journal of nuclear materials. 2015. № 458. P. 29–36.
11. Xu P., Lahoda J.E., Hallstadius L., etc. SiC matrix fuel cladding tube with spark plasma sintered end plugs. Патент США № US 2015/0078505 А1.
12. Климов А.К., Климов Д.А., Низовцев В.Е., Ухов П.А. Эффективность применения наноструктурных композиционных материалов и изделий из них в авиационной промышленности // Труды МАИ. 2011. Вып. 67.
13. Zok W.F. Ceramic-matrix composites enable revolutionary gains in turbine engine efficiency // American Ceramic Society Bulletin. 2016. Vol. 95. № 5. P. 22–28.
14. Бронеэлементы из карбида кремния и композиционных материалов. Интернет-сайт компании АО "ЦНИИНМ", URL: http://www.cniim.com/womenu.php?id=12.
SIC VS. ZR
Переход от топливной оболочки из циркониевого сплава к карбидокремниевому композиционному материалу (SiC / SiC) является сложной задачей, требующей больших изменений в технологии реакторных материалов.
Сплавы циркония обладают малым сечением захвата тепловых нейтронов, удовлетворительной теплопроводностью, высокой прочностью при нормальных условиях эксплуатации. Но аварийное повышение температуры оболочки твэлов выше 600 °С приводит к началу пароциркониевой реакции с выделением из воды водорода и образованием взрывоопасной газовой смеси [2]. Использование карбида кремния в качестве основного материала для топливной оболочки позволяет исключить возможность образования взрывоопасной смеси, так как данный материал обладает достаточно низкой кинетикой окисления и высокой температурой плавления.
В таблице представлено сравнение основных физико-химических свойств циркониевого сплава и SiC [3].
Как видно из таблицы, карбид кремния обладает более высокой механической прочностью, износостойкостью, твердостью, теплопроводностью, а также хорошей коррозионной и радиационной стойкостью [4]. Он устойчив в водяном паре, очень слабо реагирует с кислородом при повышенных температурах и, в отличие от циркониевых сплавов, не приводит к выделению водорода с образованием взрывоопасной газовой смеси. Преимущество карбида кремния перед цирконием было подтверждено рядом исследований, где было показано, что прочность SiC / SiC-композитов остается стабильной при температурах свыше 1 500 °С, в то время как цирконий полностью утрачивает прочность при температуре 1 300 °С. Кроме того, карбид кремния в экстремальных условиях показывает скорость коррозии, в 100–1 000 раз меньшую, чем у циркония [5].
КОНЦЕПЦИЯ WESTINGHOUSE
Компания Westinghouse (США) является одним из мировых лидеров в области исследований и создания технологии изготовления оболочечных труб из композиционного материала на основе карбида кремния и занимается данным вопросом с 2004 года. После серии удачных экспериментов ученые из Westinghouse выбрали три варианта технологии изготовления оболочечных труб (рис.1), которые, по их мнению, обеспечат соответствие требованиям, предъявляемым к оболочкам твэлов [6].
Первый вариант заключается в формировании композита из волокнистого армирующего каркаса, сплетенного из SiC-волокна под углом 45–52°, и SiC-матрицы, полученной путем жидкофазной или газофазной пропитки. Благодаря такой структуре SiC / SiC-композита исключается хрупкое разрушение и повышается прочность готового изделия. Второй и третий варианты предусматривают нанесение дополнительного защитного слоя SiC методом газофазного осаждения (CVD) на внутреннюю или внешнюю поверхность композита, изготовленного согласно первому варианту технологии. Такой слой позволит удержать газообразные продукты деления и увеличить коррозионную стойкость изделия при взаимодействии с водяным паром, в том числе повысить его прочность, однако возможно появление проблем с геометрическими размерами оболочки. Также предлагалось совместить три предложенных варианта технологии, создав композит с внутренним и внешним защитными слоями.
Разработка вышеописанной технологии ведется в рамках проекта ATF (Accident-tolerant fuel – устойчивое к авариям топливо). По последним данным, Westinghouse планирует освоить производство полномасштабных труб-оболочек твэлов из карбида кремния к 2025 году. Финансирование проекта составит более 1,5 млрд долл. США [8]. В 2016 году Westinghouse совместно с General Electric Aviation начали строительство двух заводов по производству керамоматричных композитных изделий, которые должны дать первую продукцию уже к середине 2018 года. Первый завод нацелен на производство SiC-волокна, которое на данный момент изготавливается только в Японии, второй же завод будет специализироваться на производстве композитных изделий с применением SiC-волокна [9].
В дальнейшем планируется использовать разработанные технологии в таких областях, как машиностроение, авиация, космос, оборонная промышленность, гражданский сектор и т.д.
РОССИЙСКИЕ ИННОВАЦИИ
В период с 2011 по 2016 год учеными ВНИИНМ был проведен большой объем исследований различных методов создания оболочечных труб на основе SiC, что позволило сократить отставание от зарубежных коллег. Были исследованы следующие методы: шликерное литье; изостатическое прессование; газофазное осаждение; осаждение SiC из газовой фазы на подложку из SiC, полученную методом изостатического прессования; пропитка волокнистого каркаса из SiC кремнийорганическими прекурсорами. Полученные образцы представлены на рис.2.
При подробном изучении каждого из методов были выявлены их преимущества и недостатки. Например, методом газофазного осаждения получаются трубки с наименьшим значением пористости (0,6%), высоким значением прочности (250–275 МПа), но такие образцы подвержены хрупкому разрушению. В свою очередь, метод пропитки волокнистого каркаса из SiC кремнийорганическими прекурсорами позволяет избежать хрупкого разрушения, но образцы имеют высокую пористость и низкую прочность.
Проанализировав полученные результаты, во ВНИИНМ пришли к выводу, что соответствие оболочечных труб предъявляемым требованиям может быть достигнуто только при совмещении нескольких технологий, что позволит создать многослойный композит на основе β-SiC, как показано на рис.3.
Трехслойная керамическая оболочка обеспечивает оптимизацию свойств внутреннего монолита для удержания газообразных продуктов деления, укрепление волокнами матрицы для повышения механических характеристик и внешнего монолитного слоя для сопротивления коррозии. Представленная принципиальная схема схожа с американской концепцией, но все же имеются различия, которые связаны, в основном, с технологией создания среднего композиционного слоя.
Если американские ученые остановили свой выбор на биаксиальном плетении (45 Ч 45о) волокнистого каркаса [10] (образцы с такой архитектурой лучше сопротивляются нагрузкам на кручение), то во ВНИИНМ рассматривают варианты с использованием триаксиального плетения, или с комбинированной архитектурой плетения, которая будет в том числе сопротивляться нагрузкам на изгиб, что увеличит прочность готового изделия (рис.4). Исследования по данному вопросу планируется закончить в 2017 году.
Архитектура плетеного каркаса оказывает значительное влияние на свойства готовых изделий, предотвращая хрупкое разрушение и обеспечивая повышение механических свойств, но качество пропитки плетеного каркаса имеет не меньшее значение. Одним из ключевых качеств готового изделия является его закрытая пористость, уровень которой должен быть минимален. Пористость матрицы зависит от многих факторов, в том числе от выбранного метода ее формирования и от применяемых материалов. В США используют метод жидкофазной пропитки предкерамическими олигомерами, что на выходе дает достаточно высокую пористость на уровне 6–10% [11].
В России, как и в случае с выбором архитектуры плетения, исследуется комбинированная технология. Кроме жидкофазной пропитки предкерамическими олигомерами, которые модифицированы различными металлами, во ВНИИНМ исследуют возможность применения газофазной и электрофоретической пропитки, а также усовершенствования вышеуказанных методов путем использования вибрационных и ультразвуковых колебаний. Рассматриваемые варианты позволяют повысить плотность и равномерность заполнения матрицы по всей длине изделия по сравнению с жидкофазной пропиткой.
В настоящее время специалистами ВНИИНМ ведутся работы по нанесению на волокна межфазового слоя, который компенсирует разницу тепловых расширений слоев, что при работе при повышенных температурах значительно снижает вероятность растрескивания готового изделия.
Немаловажную роль в структуре готового композита играет SiC-волокно. На данный момент технологией изготовления стехиометрического β-SiC-волокна обладают США и Япония. Поставки такого волокна в нашу страну не осуществлялись. Однако, ВНИИНМ имеет серьезный задел для изготовления SiC-волокна по собственной технологии, которая, по предварительным расчетам, значительно дешевле аналогов. Ее отработка во ВНИИНМ уже началась и планируется к завершению в 2017–2018 годах.
Нельзя не отметить, что в изготовлении труб-оболочек твэлов могут быть использованы наноматериалы, которые в силу своих особенностей значительно улучшат свойства готового изделия, при этом их можно внедрять практически на каждом этапе изготовления. Например, в процессе пропитки уместно применение мелкодисперсных порошков карбида кремния высокой чистоты с целью заполнения микропор для снижения закрытой пористости. Для увеличения прочности – в качестве вспомогательных элементов при нанесении межфазового слоя – возможна имплантация на β-SiC-волокно графена, фуллеренов или SiC-нанопроволок. Работы в данном направлении уже ведутся, но о конкретных результатах можно будет судить не ранее 2018 года.
В ближайшие годы на площадке ВНИИНМ планируется завершить создание опытно-лабораторного участка производства труб-оболочек твэлов из композиционного материала на основе карбида кремния. При этом упор делается на возможность производства не только оболочечных труб, но и других видов композитных изделий. В процессе создания участка также планируется освоить производство β-SiC-волокна, которое будет востребовано во всех областях композитной отрасли в силу своих преимуществ перед углеродным волокном, в частности, в термостойкости и термостабильности. В дальнейшем проект по созданию композиционных труб-оболочек твэлов из карбида кремния должен стать составной частью более масштабной программы ВНИИНМ "Толерантное топливо" – аналога американского ATF.
МНОГОГРАННЫЙ SIC / SIC
В настоящее время карбид кремния считается одним из наиболее перспективных материалов для производства композитов. Он имеет большой потенциал в авиакосмической отрасли, в производстве узлов и деталей газотурбинных двигателей и установок. Особенно широкое применение карбид кремния и его различные модификации нашли в конструкциях летательных аппаратов, работающих при повышенных температурах в условиях высокой нагрузки и повышенного износа. Это связано с тем, что SiC обладает высокими антифрикционными свойствами. Уже сегодня он применяется в радиальных и торцевых подшипниках скольжения, рабочих кольцах торцовых уплотнений, в том числе газодинамических. Пары скольжения с низким коэффициентом трения способны существенно снизить энергопотребление механизмов, обеспечить высокий уровень надежности их работы и значительно повысить их долговечность [12, 13].
Композиционные изделия из карбида кремния получили большое распространение в оборонной промышленности, особенно при изготовлении различных бронеэлементов. Активно изучается взаимодействие этого вида композиционных изделий с кумулятивными зарядами, их сочетание с активной защитой. Исследования различных видов танковой брони показали, что применение композиционной керамики на основе карбида кремния дает ощутимый выигрыш по массе – до 30%. При этом возрастает прочность и пулестойкость изделий [14].
С учетом последних тенденций и прогнозов ведущих мировых ученых карбид кремния станет одним из основных материалов 21 века. Обладая набором уникальных свойств, он может быть использован практически во всех областях науки и техники.
ЛИТЕРАТУРА
1. Южанин А., Данилова Т. Топливо будущего. Атомный эксперт. URL: http://atomicexpert-old.com/content/toplivo-budushchego.
2. Безумов В.Н., Захаров Р.Г., Кабанов А.А., Новиков В.В., Пименов Ю.В. Вопросы разработки оболочки твэла из композиционного материала на основе карбида кремния в рамках концепции безопасности водоохлаждаемых реакторов в условиях аварий // Инновационные проекты и технологии ядерной энергетики: доклады. – М.: ОАО "НИКИЭТ". 2014. Т. 1. С. 303–315.
3. Безумов В.Н., Новиков В.В., Кабанов А.А., Захаров Р.Г., Макаров Ф.В., Пономаренко А.П. Вопросы разработки оболочки твэла из композиционного материала на основе карбида кремния в рамках концепции безопасности водоохлаждаемых реакторов в условиях аварий // Вопросы атомной науки и техники: Материаловедение и новые материалы. 2014. № 4 (79). С. 76–90.
4. Безумов В.Н., Захаров Р.Г., Макаров Ф.В., Пономаренко А.П. и др. Способ изготовления керамической трубки для оболочки тепловыделяющего элемента. Патент РФ 2575863.
5. В MIT получены результаты испытаний оболочки твэлов из карбида кремния. Интернет-портал Nuclear.ru, URL: http://nuclear.ru/news/78867/?sphrase_id=5052350.
6. Accident-tolerant Fuel. Game-changing Technology for Safety, Reliability and Lower Operating Cost. Интернет-сайт компании Westinghouse Electric Company LLC URL: http://www.westinghousenuclear.com/Portals/0/Technovation%20Stuff/Accident%20Tolerant%20Fuel%20Brochure%20.pdf
7. Deck C.P. Westinghouse accident tolerant fuel. Phase 1a project. Final Report for the Period November 12, 2012 Through September 7, 2015.
8. Boylan F., Franceschini F., Johnson S. and etc. Development of LWR Fuels with Enhanced Accident Tolerance; Task 4 – PreliminaryBusiness Plan, 2013.
9. GE Aviation to build unique materials factories, Интернет-сайт компании GE Aviation, URL: http://www.geaviation.com/press/other/other_20160616.html.
10. Daejong K., Hyun-Geun L., etc. Fabrication and measurement of hoop strength of SiC triplex tube for nuclear fuel cladding applications // Journal of nuclear materials. 2015. № 458. P. 29–36.
11. Xu P., Lahoda J.E., Hallstadius L., etc. SiC matrix fuel cladding tube with spark plasma sintered end plugs. Патент США № US 2015/0078505 А1.
12. Климов А.К., Климов Д.А., Низовцев В.Е., Ухов П.А. Эффективность применения наноструктурных композиционных материалов и изделий из них в авиационной промышленности // Труды МАИ. 2011. Вып. 67.
13. Zok W.F. Ceramic-matrix composites enable revolutionary gains in turbine engine efficiency // American Ceramic Society Bulletin. 2016. Vol. 95. № 5. P. 22–28.
14. Бронеэлементы из карбида кремния и композиционных материалов. Интернет-сайт компании АО "ЦНИИНМ", URL: http://www.cniim.com/womenu.php?id=12.
Отзывы читателей
