Изучение влияния процессов фазообразования в литиевых керамиках на прочностные и теплофизические свойства

Авторы

  • Артём Л. Козловский LN Gumilyov Eurasian national university
  • Бауыржан Абышев Евразийский национальны й университет им. Л.Н. Гумилева
  • Касым Ш. Жумадилов Евразийский национальны й университет им. Л.Н. Гумилева
  • Дмитрий И. Шлимас Евразийский национальны й университет им. Л.Н. Гумилева

DOI:

https://doi.org/10.31489/2022No2/13-18

Ключевые слова:

литий содержащие керамики, фазовые превращения, твердость, теплопроводность, ядерные материалы.

Аннотация

Статья посвящена изучению свойств керамик на основе цирконата лития, полученных методом твердофазного синтеза. Выбор в качестве объектов исследования керамик на основе цирконата лития обусловлен большими перспективами использования их в качестве материалов для размножения трития. Получены результаты исследования влияния фазовых превращений в керамиках типа LiO/ZrO2/Li2ZrO3 → LiO/Li2ZrO3 → Li2ZrO3 в зависимости от температуры отжига на прочностные и теплофизические параметры керамик. В ходе проведенных исследований установлено, что изменение твердости и трещиностойкости имеют прямую зависимость от фазового состава и концентрации примесных фаз в составе керамик. Определено, что вытеснение примесных фаз оксида лития и диоксида циркония приводит к увеличению твердости и повышению устойчивости к трещинообразованию при однократном сжатии. Установлено, что при температурах отжига выше 900°С изменение прочностных и теплофизических параметров минимально. При этом изменение фазового состава керамик типа LiO/ZrO2/Li2ZrO3 → Li2ZrO3 приводит к увеличению коэффициента теплопроводности на 15-20 %.

Биографии авторов

Артём Л. Козловский, LN Gumilyov Eurasian national university

PhD, Associate Professor, Head of Solid State Physics Laboratory, Astana branch of the Institute of Nuclear Physics of the Ministry of Energy of the Republic of Kazakhstan; Scopus Author ID: 55632118900, kozlovskiy.a@inp.kz

Бауыржан Абышев, Евразийский национальны й университет им. Л.Н. Гумилева

PhD student, L.N. Gumilyov Eurasian National University, Nur-Sultan, Kazakhstan

Касым Ш. Жумадилов, Евразийский национальны й университет им. Л.Н. Гумилева

PhD, Professor, Head of Department of nuclear physics, new materials and technologies, L.N. Gumilyov Eurasian National University, Nur-Sultan, Kazakhstan; Scopus Author ID: 12646415800, kassymz@mail.ru

Дмитрий И. Шлимас, Евразийский национальны й университет им. Л.Н. Гумилева

PhD, Researcher of Solid State Physics Laboratory, Astana branch of the Institute of Nuclear Physics of the Ministry of Energy of the Republic of Kazakhstan; Scopus Author ID: 57189516212, shlimas@mail.ru

Библиографические ссылки

Lulewicz J.D., et al. Behaviour of Li2ZrO3 and Li2TiO3 pebbles relevant to their utilization as ceramic breeder for the HCPB blanket. Journal of nuclear materials. 2000, Vol. 283, pp. 1361-1365.

Martínez-dlCruz L., Pfeiffer H. Toward understanding the effect of water sorption on lithium zirconate (Li2ZrO3) during its carbonation process at low temperatures. The Journal of Physical Chemistry C. 2010. Vol. 114, №. 20, pp. 9453-9458.

Kordatos A., et al. Defect processes in Li2ZrO3: insights from atomistic modeling. Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 2017. Vol. 28, №. 16. pp. 11789-11793.

Mukai K., Sanchez F., Knitter R. Chemical compatibility study between ceramic breeder and EUROFER97 steel for HCPB-DEMO blanket. Journal of Nuclear Materials. 2017, Vol. 488. pp. 196-203.

Carella E., et al. Tritium modelling in HCPB breeder blanket at a system level. Fusion Engineering and Design. 2017, Vol. 124, pp. 687-691.

Novoselov I.Yu, Shrager E.R., Tikhonov A. Synthesis of uranium-thorium oxide powders in low-temperature plasma of high frequency torch discharge. Eurasian Physical Technical Journal, 2022, Vol. 19(1), pp. 50-54

Hernandez F.A., et al. An enhanced, near-term HCPB design as driver blanket for the EU DEMO. Fusion Engineering and Design. 2019, Vol. 146, pp. 1186-1191.

Ciampichetti A., et al. Conceptual design of tritium extraction system for the European HCPB test blanket module. Fusion Engineering and Design. 2012, Vol. 87, №. 5-6, pp. 620-624.

Rakhadilov B.K., et al. Effect of the structure formed after bulk and surface hardening on the hardness and wear resistance of 20Cr2Ni4A steel. Eurasian Physical Technical Journal, 2022, Vol.19(1), pp. 20-25

Dell'Orco G., et al. Experimental tests on Li-ceramic breeders for the helium cooled pebble bed (HCPB) blanket design. Fusion engineering and design. 2003, Vol. 69, №. 1-4, pp. 233-240.

Rao G. J., et al. Fabrication of Li4SiO4-Li2ZrO3 composite pebbles using extrusion and spherodization technique with improved crush load and moisture stability. Journal of Nuclear Materials. 2019, Vol. 514, pp. 321-333.

Cipa J., et al. X-ray induced defects in advanced lithium orthosilicate pebbles with additions of lithium metatitanate. Fusion Engineering and Design. 2019, Vol. 143, pp. 10-15.

Rex K.A., et al. Defect Properties and Lithium Incorporation in Li2ZrO3. Energies. 2021, Vol. 14, №. 13, pp. 3963-3970.

Kulsartov T., et al. Modeling of hydrogen isotopes release from lithium ceramics Li2TiO3 during in-situ experiments using vacuum extraction method. Fusion Engineering and Design. 2021, Vol. 170, pp. 112705.

Gong Y., et al. Improvement of crushing strength and thermal conductivity by introduction of hetero-element Al into Li4SiO4.Ceramics International. 2019, Vol. 45, №. 18, pp. 24564-24569.

Yang M., et al. Tritium release behavior of Li4SiO4 and Li4SiO4+ 5 mol% TiO2 ceramic pebbles with small grain size. Journal of Nuclear Materials. 2019, Vol. 514, pp. 284-289.

Piazza G., et al. Behaviour of ceramic breeder materials in long time annealing experiments. Fusion engineering and design, 2001, Vol. 58. pp. 653-659.

Abyshev B., et al. Study of Radiation Resistance to Helium Swelling of Li2ZrO3/LiO and Li2ZrO3 Ceramics. Crystals, 2022, Vol. 12, №. 3. pp. 384-390.

Zdorovets M.V., et al. Study of Phase Formation Processes in Li2ZrO3 Ceramics Obtained by Mechanochemical Synthesis. Crystals. 2021, Vol. 12, №. 1. pp. 21-30.

Shlimas D., Kozlovskiy A. L., Zdorovets M. Study of Corrosion Resistance and Degradation Mechanisms in LiTiO2-Li2TiO3 Ceramic. Crystals. 2021, Vol. 11, №. 7, pp. 753.

Загрузки

Опубликован

2022-07-15

Как цитировать

Козловский A. L., Абышев B., Жумадилов K. S., & Шлимас D. I. (2022). Изучение влияния процессов фазообразования в литиевых керамиках на прочностные и теплофизические свойства. Eurasian Physical Technical Journal, 19(2(40), 13–18. https://doi.org/10.31489/2022No2/13-18

Выпуск

Раздел

Материаловедение