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Contribution a l'etude de l'oxydation de l'uranium dans l'anhydride carbonique aux temperatures elevees

1961; Elsevier BV; Volume: 3; Issue: 2 Linguagem: Francês

10.1016/0022-3115(61)90004-6

1873-4820

J. Païdassi, M.L. Pointud, R. Caillat, R. Darras,

Nuclear materials and radiation effects

Des échantillons d'uranium de pureté nucléaire polis mécaniquement ont été soumis, dans l'intervalle 100–700° C, à l'action de l'anhydride carbonique très soigneusement purifié en oxygène et en vapeur d'eau, et leur oxydation a été suivie à la fois par voie gravimétrique à l'aide d'une thermobalance Eyraud et par voie micrographique. Les points suivants ont pu être dégagés:1.1) Les courbes d'augmentation de poids en fonction du temps sont sensiblement linéaires, mais dans l'intervalle 550–700° C, elles présentent une ou plusieurs brisures, ce qui s'explique en partie par l'agrandissement des échantillons au cours de l'oxydation.Les augmentations de poids trouvées sont d'ailleurs nettement plus faibles que celles publiées jusqu'à ce jour, ce qu'il faut attribuer très vraisemblablement à une pureté plus grande de l'anhydride carbonique mis en oeuvre.2.2) Dans l'intervalle 200–400° C, on observe la formation, sur un film d'oxyde très mince et continu, de “germes” d'oxyde grossièrement circulaires et d'épaisseur nettement plus grande que celle du film, germes qui se transforment en véritables pustules entre 400 et 500° C; ces germes ou ces pustules se forment préférentiellement sur les rayures de polissage et sur certaines inclusions, probablement des carbures.3.3) Au voisinage des pustules, le métal subit une déformation plastique importante qui s'accompagne de la fissuration du film mince continu.4.4) Aux températures d'oxydation supérieures à 600° C, les pustules rétrogradent fortement, mais il apparaît une déformation générale de l'échantillon qui s'agrandit considérablement, ce qui entraîne une fissuration importance de la pellicule. 1) Les courbes d'augmentation de poids en fonction du temps sont sensiblement linéaires, mais dans l'intervalle 550–700° C, elles présentent une ou plusieurs brisures, ce qui s'explique en partie par l'agrandissement des échantillons au cours de l'oxydation. Les augmentations de poids trouvées sont d'ailleurs nettement plus faibles que celles publiées jusqu'à ce jour, ce qu'il faut attribuer très vraisemblablement à une pureté plus grande de l'anhydride carbonique mis en oeuvre. 2) Dans l'intervalle 200–400° C, on observe la formation, sur un film d'oxyde très mince et continu, de “germes” d'oxyde grossièrement circulaires et d'épaisseur nettement plus grande que celle du film, germes qui se transforment en véritables pustules entre 400 et 500° C; ces germes ou ces pustules se forment préférentiellement sur les rayures de polissage et sur certaines inclusions, probablement des carbures. 3) Au voisinage des pustules, le métal subit une déformation plastique importante qui s'accompagne de la fissuration du film mince continu. 4) Aux températures d'oxydation supérieures à 600° C, les pustules rétrogradent fortement, mais il apparaît une déformation générale de l'échantillon qui s'agrandit considérablement, ce qui entraîne une fissuration importance de la pellicule. Specimens of mechanically polished reactor grade uranium were treated at 100–700° C in carbon dioxide, very carefully purified from oxygen and water vapour, and their oxidation was followed simultaneously by gravimetry (using an Eyraud thermobalance) and by micrography. The following observations were made: 1) The plots of weight gain as a function of time are sensibly linear, but in the range 550–700° C they have some breaks, which is partly attributable to the enlargement of the samples during oxidation. The weight gains found are moreover distinctly smaller than those hitherto reported, which is very probably due to the greater purity of the carbon dioxide used. 2) In the range 200–400° C, roughly circular oxide “nuclei” form upon a very thin, continuous oxide film. These nuclei are distinctly thicker than the film, and between 400 and 500° C they turn into blisters. Nuclei and blisters form preferentially on polishing scratches and on certain inclusions, probably carbides. 3) Near the blisters, the metal undergoes pronounced plastic deformation which results in cracking of the previously continuous thin film. 4) When the oxidation temperature exceeds 600° C, the blisters retreat considerably, but the whole specimen now deforms and grows, which leads to pronounced cracking of the scale. Mechanisch polierte Uranproben von nuklearer Reinheit wurden zwischen 100 und 700° C der Einwirkung von Kohlendioxyd unterworfen. Das verwendete Kohlendioxyd war mit Sauerstoff und Wasserdampf sorgfältig vorgereinigt worden. Die Oxydation wurde gravimetrisch mit einer Eyraud-Thermowaage und mikroskopisch verfolgt. Folgende Feststellungen liessen sich treffen:1.1) Die Gewichtszunahme erfolgt streng linear mit der Zeit. Im Temperaturbereich von 550 bis 700° C treten ein oder mehrere Knicke im linearen Verlauf auf, die teilweise mit einer Volumenzunahme der Probe während der Oxydation zu erklären sind.Die hier beobachteten Gewichtszunahmen sind übrigens deutlich geringer als die bislang veröffentlichten Werte. Dies ist sehr wahrscheinlich der wesentlich grösseren Reinheit des hier verwendeten Kohlendioxyds zuzuschreiben.2.2) Zwischen 200 und 400° C beobachtet man die Bildung ungefähr kreisrunder “Oxydkeime”, die sich mit merklich grösserer Dicke auf dem schwachen, kontinuierlichen Oxydfilm aufbauen. Diese Keime wachsen bei 400 bis 500° C zu wirklichen Ausblühungen aus. Sie entstehen vornehmlich an Schleifkratzern und an bestimmten Einschlüssen, die vermutlich aus Karbid bestehen.3.3) In der Nachbarschaft der Ausblühungen unterliegt das Metall einer beträchtlichen plastischen Verformung, die mit einem Aufreissen des dünnen, kontinuierlichen Oxydfilms verbunden ist.4.4) Bei Oxydationstemperaturen über 600° C werden die Ausblühungen stark rückgebildet. Dafür wird eine allgemeine Deformation der Proben zusammen mit einer beträchtlichen Volumenvergrösserung festgestellt, unter deren Auswirkungen die Oberfläche merklich aufreisst. 1) Die Gewichtszunahme erfolgt streng linear mit der Zeit. Im Temperaturbereich von 550 bis 700° C treten ein oder mehrere Knicke im linearen Verlauf auf, die teilweise mit einer Volumenzunahme der Probe während der Oxydation zu erklären sind. Die hier beobachteten Gewichtszunahmen sind übrigens deutlich geringer als die bislang veröffentlichten Werte. Dies ist sehr wahrscheinlich der wesentlich grösseren Reinheit des hier verwendeten Kohlendioxyds zuzuschreiben. 2) Zwischen 200 und 400° C beobachtet man die Bildung ungefähr kreisrunder “Oxydkeime”, die sich mit merklich grösserer Dicke auf dem schwachen, kontinuierlichen Oxydfilm aufbauen. Diese Keime wachsen bei 400 bis 500° C zu wirklichen Ausblühungen aus. Sie entstehen vornehmlich an Schleifkratzern und an bestimmten Einschlüssen, die vermutlich aus Karbid bestehen. 3) In der Nachbarschaft der Ausblühungen unterliegt das Metall einer beträchtlichen plastischen Verformung, die mit einem Aufreissen des dünnen, kontinuierlichen Oxydfilms verbunden ist. 4) Bei Oxydationstemperaturen über 600° C werden die Ausblühungen stark rückgebildet. Dafür wird eine allgemeine Deformation der Proben zusammen mit einer beträchtlichen Volumenvergrösserung festgestellt, unter deren Auswirkungen die Oberfläche merklich aufreisst.