Quasi-isothermal dilatometric studies of the influence of oxygen pressure on the initial sintering stage of UO₂ powder compacts

Abstract

Quasi-isothermal dilatometry (QID) is a useful technique for sintering studies of powder compacts. In the present work the principle of this technique and the method of calculating activation energies from the QID curves is first described? then, using this method, the sintering mechanism and the influence of oxygen pressure on the initial sintering stage of UO₂ compacts are evaluated. The controlling mechanism was found to be grain boundary diffusion of uranium vacancies with an activation energy of 234 kJ/mole in accordance with literature data.

Zusammenfassung

Die quasi-isotherme Dilatometrie (QID) ist eine nützliche Technik für Sinterungsuntersuchungen von Pulverpresslingen. In der vorliegenden Arbeit werden zunächst das Prinzip dieser Technik und die Methode zur Berechnung von Aktivierungsenergien aus QID-Kurven beschrieben, danach werden, basierend auf mit dieser Methode erhaltenen Ergebnissen, der Mechanismus der Sinterung und der Einfluss des Sauerstoffdruckes auf das Anfangsstadium der Sinterung von UO₂-Pressungen hergeleitet. Der geschwindigkeitsbestimmende Schritt ist die Korngrenzendiffusion von Uranfehlstellen mit einer Aktivierungsenergie von 235 kJ/mol, was in Übereinstimmung mit Literaturangaben steht.

Резюме

Квазиизотермическа я дилатометрия являе тся полезным методом при изучении спекания порошковых материалов. В работе впервые описан принц ип этого метода и спос об вычисления энергий активации на основе к ривых квазиизотерми ческой дилатометрии. Используя этот метод установлен механизм спекания и влияние давления кислорода н а начальную стадию сп екания порошков двуокиси урана. Найде но, что определяющим м еханизмом спекания является диффузия ва кансий в уране на гран ице зерен. Энергия активации этого дифф узионного процесса с оставляет 235 кдж/моль что согласуется с лит ературными данными.