Published March 1983 | Version v1
Report

Investigation of inhomogeneity in ceramic reactor materials using laser-localized emission spectroscopy

Description

Using Laser-localized emission spectroscopy, a method has been developed for the determination of elemental inhomogeneity within the grains of three coarse-grained ceramic materials - the mullite-based Duritals M70 and E90 and the silica-based Masrock -. The method had to be optimized to allow an acceptable detection of the elements to be analyzed in spite of the small quantities of evaporated material. A Laser-produced crater of 100 μm diameter and depth was found to be necessary to produce the required amount of evaporated material, 0,5 to 0,7 μg depending on the material composition. The results for Durital E90 showed that the large grains consisted of very pure mullite (2 Al2O3xSiO2) and the fine grained regions contained small particles of mullite, corundum and binder, the impurities in the binder being concentrated at the grain boundaries. In Durital M70, the coarse and fine grained regions consisted principally of mullite, the impurities introduced during manufacture being evenly distributed in both regions. Analyses of the Masrock material showed a concentration of impurities in the fine grained regions with a very inhomogeneous distribution. The large grains consisted of nearly pure SiO2. The distribution of impurity elements on the fracture surfaces of ceramics tested showed that the fracture behaviour is mainly influenced by the physical properties of the materials and not by the chemical properties of the phases present in the materials, for example, the binding of the large grains to the matrix. (orig./WL)

Availability note (English)

Availabe from Fachinformationszentrum Energie, Physik, Mathematik, Karlsruhe (Germany, F.R.).

Abstract (German)

An drei grobkeramischen Werkstoffen (Durital M70 und Durital E90 auf der Basis von Mullit, sowie Masrock auf der Basis von SiO2) wurde mit Hilfe der Laser-Lokal-Emissionsspektralanalyse ein Verfahren entwickelt, das die Erfassung von Elementinhomogenitaeten im Kornbereich dieser Werkstoffe ermoeglicht. Hierzu musste das Verfahren dahingehend optimiert werden, dass trotz geringer verdampfter Probenmengen eine gute Nachweisbarkeit der zu analysierenden Elemente gegeben ist. Hieraus ergeben sich Lasereinschusskrater von etwa 100 μm Durchmesser und Tiefe, wobei je nach Werkstoff 0,5 bis 0,7 μg Probenmaterial verdampft wird. Die Ergebnisse an Durital E90 liefern fuer den Grobkornbereich einen sehr reinen A2S-Mullit (2Al2O3xSiO2) und fuer den Feinkornbereich eine Zusammensetzung aus wenigen kleinen Mulliten, Korund und Binder, wobei sich die Verunreinigungen des Binders in den Korngrenzen des Feinkornbereiches befinden. Durital M70 besteht sowohl im Grob- als auch im Feinkornbereich im wesentlichen aus Mullit, wobei die Verunreinigungen aufgrund des Herstellungsprozesses im Mullit enthalten sind und sich dementsprechend auf beide Kornbereiche gleichmaessig verteilen. Die Analysen des Werkstoffs Masrock ergeben eine Anreicherung der Verunreinigungen im Feinkornbereich mit stark inhomogener Verteilung. Die groben Koerner hingegen bestehen aus nahezu verunreinigungsfreiem SiO2. Die Verteilung der Verunreinigungselemente an den Bruchflaechen dieser Werkstoffe zeigt, dass das Bruchverhalten im wesentlichen durch die physikalischen und nicht durch die chemischen Eigenschaften der in den Werkstoffen vorhandenen Phasen bestimmt wird (z.B. die Einbindung der groben Koerner in die Matrix). (orig./WL)

Additional details

Additional titles

Original title (German)
Inhomogenitaetsuntersuchungen an keramischen Reaktorwerkstoffen mit Hilfe der Laser-Lokal-Emissionsspektralanalyse

Publishing Information

Imprint Pagination
148 p.
Report number
Juel--1834

INIS

Country of Publication
Germany
Country of Input or Organization
Germany
INIS RN
14786547
Subject category
S36: MATERIALS SCIENCE;
Resource subtype / Literary indicator
Non-conventional Literature
Descriptors DEI
CERAMICS; EMISSION SPECTROSCOPY; GRAIN SIZE; HETEROGENEOUS EFFECTS; IMPURITIES; LASER RADIATION; MICROANALYSIS; MICROSTRUCTURE; REACTOR MATERIALS
Descriptors DEC
CRYSTAL STRUCTURE; ELECTROMAGNETIC RADIATION; MATERIALS; RADIATIONS; SIZE; SPECTROSCOPY