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복합연료를 위한 혁신 소재의 지르코늄 합금 매트릭스

전문가 제언: ○ 지르코늄합금의 새로운 부류가 연료매트릭스로 제시되었다. 이는 순수 지르코늄과 비교하여 690～860℃에 이르는 비교적 저융점을 가진 deep 3원계이나 4원계 공정으로 우라늄함량이 높은 연료(CERMET와 MET- MET) 특히 열중성자원자로용으로 의도된 것이다. 고속로와 기계적합금화(MA)를 위해 Zr-Ti기 합금이 연료와 강피복 사이에 내성이 있는 금속결합이라고 제안되었다.

○ 가공의 특정기술 특히 유도로용해만 아니라 합금의 조직과 물성에 관하여 연구가 수행되었다. 합금은 과립이나 스트립으로 비정질상태로 만들어졌다. 모세관 성질로 인하여 이종재료를 브레이징에 응용할 수 있다는 것도 보여주었다. 새로운 지르코늄매트릭스 합금에 의해 높은 우라늄함유 연료성분이 생산되었다. VVER과 PWR연료보다 25~50% 더 높은 우라늄함량 뿐만 아니라 높은 열전도도와 적합성도 가졌다.

○ Zr기 합금은 우선적으로 연료피복재료 또 수냉 핵원자로의 다른 노심구조에도 쓰인다. Zr합금의 부식에 관련된 주요 연구 성과와 문제점은 충분히 검토되어 현재의 이론과 도전은 1980년대에 요약되고 합금의 조성과 미세구조 및 내식성과 조사의 연관성이 맺어지는데 상당한 진전을 보았다. 1990년대에는 부식의 실제적인 메커니즘의 탐구, 연소를 통한 연료 사이클 비용의 최적화를 위한 합금조성과 미세조직에 초점을 맞추었다.

○ 현재의 발명은 우수한 내식성을 가진 연료의 피복층과 그리하여 장수명이 연장되어 적절한 제조법도 제공하게 되었다. 환언하면, 연료피복튜브에는 Zr기 합금으로 만들어진 내층 외부 주위가 보다 내식성이 강한 Zr기 합금으로 둘러쌓여 있다. Ti합금은 내식성금속으로 적합하다. 부가해서, 외층은 증착이나 도금과 같은 방법으로 코팅할 수 있으므로 내층재료와 외층재료의 접합만으로 한정되지 않는다. 구체적으로 말하면, Ti합금으로 만들어진 외부재료에 의하여 코팅된 Zr합금으로 만들어진 내층을 가진 복합재료는 주어진 온도 내에서 열간성형 가공하는데 적용된다.

저자: A.M. Savchenko et al.
자료유형: 학술정보