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AbstractAbstract
[en] This study aims at developing new boron carbide materials, used as neutron absorbers for fast neutron reactors. The defined strategy is to refine the microstructure to limit the anisotropic swelling of grains under irradiation, responsible for the premature deterioration of pellets. To this end, sub-micronic and nano-metric powders were densified by Spark Plasma Sintering. Two materials were elaborated by Spark Plasma Sintering with sub-micronic or nano-metric microstructures, allowing a reduction in grain sizes compared to the reference material historically used in fast reactors by the CEA. SPS and reference materials were characterized and compared in terms of chemical composition, mechanical and thermal properties. This study led to the selection of the sub-micronic material and to further investigation regarding flexural strength and thermal shock resistance. The performance was improved compared to the reference. Moreover, the creep behavior at high temperature was characterized and creep parameters were identified. Furthermore, the production of absorbent pellets require to increase the height/diameter ratio compared to classical SPS pellets. Process data necessary for this modeling were obtained using specific thermal and electrical measurements. In addition, the densification parameters of the SPS material were determined from a nonlinear viscous flow model. The thermal, electrical and mechanical phenomena numerically described were then validated by confrontation with experimental monitoring of boron carbide sintering. (author)
[fr]
Cette etude a pour objectif d'elaborer de nouveaux materiaux de carbure de bore utilises en tant qu'absorbants neutroniques en reacteurs a neutrons rapides. La strategie adoptee vise l'affinement de la microstructure des materiaux afin de limiter le phenomene de deformation anisotropique des grains sous irradiation qui est responsable de la degradation des pastilles en fonctionnement. Deux nuances de materiaux ont ete elaborees par le procede SPS avec des microstructures submicroniques et nanometriques, permettant une diminution des tailles de grains par rapport au materiau de reference historiquement utilise par le CEA. Les materiaux SPS ainsi que le materiau de reference ont ete caracterises et compares du point de vue chimique, mecanique et thermique. Ce second volet de l'etude a permis de selectionner le materiau SPS submicronique et d'approfondir les caracterisations en matiere de resistance a la rupture et de tenue aux chocs thermiques. Il a ainsi ete montre un gain de performance par rapport au materiau de reference. D'autre part, le comportement au fluage a haute temperature du materiau SPS a ete evalue et les mecanismes de deformation associes identifies. Par ailleurs, la fabrication des pastilles d'absorbant necessitant un accroissement du rapport hauteur sur diametre par rapport aux pastilles SPS classiques, un modele numerique a ete developpe. L'acquisition des differentes donnees du procede necessaire a cette modelisation a repose sur une instrumentation specifique aux mesures thermiques et electriques. D'autre part, les parametres de densification du materiau SPS ont ete determines a partir d'un modele d'ecoulement visqueux non lineaire. Les phenomenes thermiques, electriques et mecaniques decrits par le modele ont alors ete valides par la confrontation au suivi experimental du retrait d'un echantillon de carbure de bore. (auteur)Original Title
Frittage par Spark Plasma Sintering de ceramiques de carbure de bore: modelisation numerique du procede et optimisation des nano-, microstructures pour l'amelioration des performances des absorbants en reacteurs a neutrons rapides
Primary Subject
Source
28 Nov 2019; 184 p; 191 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses; Materiaux Ceramiques et Traitements de Surface
Record Type
Report
Literature Type
Thesis/Dissertation
Report Number
Country of publication
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