Effect of heat treatment on TEM microstructures of Zirconium carbide coating layer in fuel particle for advanced high temperature gas cooled reactor

革新的高温ガス炉用燃料粒子のZrC被覆層のTEM微細構造に対する熱処理の効果

相原 純 ; 植田 祥平   ; 安田 淳*; 竹内 均*; 茂住 泰寛*; 沢 和弘; 本橋 嘉信*

Aihara, Jun; Ueta, Shohei; Yasuda, Atsushi*; Takeuchi, Hitoshi*; Mozumi, Yasuhiro*; Sawa, Kazuhiro; Motohashi, Yoshinobu*

革新的高温ガス炉用に耐熱性の高いZrC被覆燃料粒子の開発を進めている。その基礎研究として、ジルコニア核を高密度熱分解炭素で被覆した物の上にZrCを臭素法で被覆した。実際の製造工程でのコンパクト焼成の微細構造に対する影響を調べるため、約1800Cで1時間熱処理した後、C/Zr=1.11と1.35のバッチについてTEMとSTEMを用いて観察した。両方のバッチにて、ボイド又は遊離炭素領域の形や寸法の熱処理による明らかな変化が見られ、熱処理後にボイド又は遊離炭素領域は50100nm程度の塊状になっていた。また、ZrCの結晶成長も観察され、特に、C/Zr=1.11のバッチの方では、IPyC/ZrC境界において、IPyC層からZrC層に向かって繊維状炭素が観察される領域が見られた。これらの知見は今後の熱処理過程を改良していくのに反映する。

The ZrC coating layer has been fabricated using the bromide process at JAEA. The coated particles with IPyC layers reported in a previous study were annealed at around 1800C for 1h, under which compact sintering will be done in a practical process, in order to study effects of the heat treatment (annealing) on their microstructure evolution. Then the microstructures of the ZrC layers in the cases (batches) of C/Zr = 1.11 and 1.35 were characterized by means of TEM and STEM. Certain changes in the shape and size of voids or free carbons region caused by the heat treatment were found in the cases of both batches. After the heat treatment, the voids or free carbons region have shown a clod like feature with diameters of 50 to 100 nm. The grain growth of ZrC was also observed in both cases: In the ZrC layer with C/Zr = 1.11, the fibrous carbons grew as of to stand from the PyC to ZrC layers on some places in the IPyC/ZrC boundary.