본 논문에는 이산화 우라늄 소결체의 노내고밀화현상을 온도와 미세구조의 함수로 정화하게 예측할 수 있는 기계론적 이론 모형이 개발.기술되어있다. 이 모형은 $UO_2$ 소결체의 결정 입계내에서 공극(vacancy)이 생성 이동되고, 결정입계에서 공극이 소멸되는 현상을 고려하고 있으며, 이 과정에서 일어나는 고밀화의 크기가 핵분열율, 조사시간, $UO_2$ 소결체밀도, 기공 크기의 분포, 결정입크기 및 온도의 함수로 기술되어 있다. 본 모형의 기공 수축에 대한 결과식은 Assmann과 Stehle가 유도한 4개의 온도 영역에 대한 결과식과는 상이한 것으로서, 소결체의 모든 온도 영역에 직접 적용된다. 본 모형에 의한 노내고밀화 크기의 예측치는 실험자료와 아주 잘 일치하며, KEFDA 전산코드에 사용된 경험적 실험 연산식에 비하여 고밀화의 경향과 절대치를 보다 정확히 예측한다.
하소온도에 따른 (Zn/sub 0.8.Mg/sub 0.2/)TiO₃ 마이크로파 유전체 세라믹스의 소결거동과 마이크로파 유전특성의 변화를 연구하였다. 저온소결을 위하여 0.45 wt.%Bi₂O₃와 0.55wt.%V₂O/sub 5/를 첨가하였으며, 1000℃이하의 온도에서 소결하여 치밀한 소결체를 얻을 수 있었다. 800℃~1000℃의 범위의 여러 온도에서 하소를 하고 소결 전ㆍ후의 존재상과 미세구조의 분석을 통하여, 하소한 분말에 존재하는 미반응상 및 이차상이 최소화 될 때 높은 Q×f/sub o/값을 갖는 것을 알 수 있었다. 1000℃에서 하소한 후 900℃에서 소결했을 때, 주상이 Hexagonal이고 미세구조가 균일하였으며, 이때 Q×f/sub o/ = 42,000㎓, ε/sub r/ = 22를 나타냈다.
상압 소결법(pressureless sintering)법을 이용하여 희토류 원소인 lanthanum neodymium을 소결조제로서 첨가하여 단일상 ZrB$_{2 }$및 ZrB$_{2 }$ and ZrB$_{2 }$-ZrC 복합제를 제조하여 그 소결거동과 미세구조에 대하여 X-선회절분석, 주사전자현미경(SEM)을 이용하여 조사하였다. 소결체의 특성은, 단일상 ZrB$_{2 }$의 경우 $2200^{\circ}C$에서 La 1wt%가 첨가된 경우에 상대밀도 96% 정도의 고밀도 소결체를 얻을 수 있었으며, ZrB$_{2 }$ and ZrB$_{2 }$-ZrC 복 합체의 경우 소결 조제를 첨가하지 않은 경우에 가장 놓은 밀도의 소결체를 얻을 수 있었다.
침전법 및 솔젤법에 의하여 10- l5 nm 및 500 nm 크기의 구형 TiO$_2$ 분말을 제조하고 수열합성법으로 50-70 nm 및 120-250 nm 크기의 침상 hydroxyapatite(이하 HA라 표기) 입자를 각각 제조한 다음, 두 분말의 조성비를 달리한 세 종류(HA/TiO$_2$비; 75/25, 50/50, 25/75wt%)의 HA/TiO$_2$ 복합분말을 planetary 볼밀로 혼합하여 각각 제조하였다. 복합분말을 탄소몰드에 넣고 hot-press를 사용하여 가압소결로 치밀체를 제조하였는데, 가압도중 대부분의 HA가 tricalcium phosphate(이하 TCP라 표기)로 분해되면서 $\beta$-TCP/TiO$_2$ 복합체가 제조되었다. 제조된 복합체의 미세구조와 소결밀도는 복합분말의 형태와 조성에 따라 변화하였는데, 입자가 균질하게 분산되어 있는 미세구조를 갖는 복합분말을 소결한 경우, 치밀한 소결체를 얻을 수 있었으며, 소결온도가 증가할수록 균질한 미세구조를 나타내었다. 또한 복합분말 내 HA 함량이 증가하면서 소결체의 입자크기가 증가한 반면, 소결밀도가 감소하고, 미세구조는 불균질하였다. 반대로 HA분말에 비하여 TiO$_2$분말의 함량이 큰 시편은 전체적으로 작은 입자크기와 균질한 미세구조를 나타냈으며, 소결밀도 또한 증가하였다.
$UO_2$-6wt%Gd$_2$O$_3$가연성 독물질 소결체에 미량첨가한 Al 화합물(Al(OH)$_3$, ADS(aluminium disterate), Al(OH)$_3$+ADS)이 소결성 및 미세조직에 미치는 영향을 고찰하고자 하였다. 이를 위하여 Al이 첨가된 $UO_2$-6wt%Gd$_2$O$_3$압분체를 1$700^{\circ}C$, 수소 분위기에서 4시간동안 소결한 후 특성시험을 수행하였다 Al을 첨가한 $UO_2$-6wt%Gd$_2$O$_3$의 소결밀도는 94% T.D.이상이였고, ADS를 이용한 Al 첨가가 개기공도 감소에 상대적으로 크게 기여하였다. 또한 Al을 첨가하면 10$\mu\textrm{m}$ 이상의 큰 기공과 1$\mu\textrm{m}$ 이하의 작은 기공은 많이 줄어들었고 첨가된 Al 화합물의 종류와는 무관하게 평균 기공크기는 2-3$\mu\textrm{m}$였다. 그리고 Al을 첨가하지 않은 소결체의 결정립은 이중 결정립 형태를 갖는 반면에 Al을 첨가하면 결정립은 균일하였다. 특히, ADS를 첨가한 소결체의 평균 결정립 크기는 4.6$\mu\textrm{m}$로 가장크게 증가하였다.
손상 핵연료에서 발생하는 주요한 현상중의 하나는 수중기의 분해로 갭에 존재하는 산소에 의해 $UO_2$ 가 $UO_{2+}$x/로 산화되고, 이로 인해 결정립내에서의 핵분열기체 확산계수가 증가하여 결과적으로 핵분열 기체의 방출이 증대하는 현상이다. 본 논문은 일반적인 원자로 운전 조건하에서 원자로 및 손상 핵연료의 운전조건을 고려하여 소결체의 산화거동을 모사하고 이를 바탕으로 소결체 산화가 핵분열기체의 방출 중대에 미치는 영향을 분석하였다. 소결체 산화거동은 갭에는 150기압의 포화된 순수한 수증기만이 존재한다는 가정하에 분석하였고, 산화에 의한 핵분열기체의 방출 증대 효과를 정량적으로 분석하기 위해 방출중대 인자를 도입하였다. 실험 치와 비교한 결과 방출증대 인자는 소결체 산화에 의한 핵분열기체의 방출증대 효과를 잘 예측하였다.
$(Pb_{0.62}Ca_{0.38})ZrO_{3}$계에서의 조성 x=0.38의 $(Pb_{0.62}Ca_{0.38})ZrO_{3}$에 Mn 성분을 첨가하여 $1300^{\circ}C$에서 2시간 소결한 세라믹스의 소결성 및 고주파 유전특성을 연구하였다. Mn의 첨가로 소결온도가 낮아지며 치밀한 소결체를 얻을 수 있었다. 하소온도가 높아짐에 따라 하소과정에서 합성반응이 충분히 이루어져 소결체의 최종 소결과정에 영향을 미처 유전체의 유전상수와 품질계수 Q값이 증가하였다. Mn의 첨가량에 따른 물성변화는 Mn의 첨가량이 0.15wt%까지의 첨가범위에서는 $Mn^{4+}$가 $Mn^{3+}$ 또는 $Mn^{2+}$로 환원됨에 따라 산소공공이 생성되며, 억셉터로 작용하여 품질계수 Q값이 1300정도까지 증가하였고, 유전율은 90-100 정도로 변화가 없었다. 그러나 Mn 첨가량이 0.5 wt%이상일때 유전손실이 매우 증가되며 동시에 품질계수 Q값이 점차 감소하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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