Please use this identifier to cite or link to this item: http://earchive.tpu.ru/handle/11683/55281
Title: Исследования высокотемпературной коррозии SiC-покрытия на графите
Other Titles: Research of high-temperature corrosion of SiC-coating on graphite
Authors: Аскербеков, Саулет Каныбекулы
Чихрай, Евгений Васильевич
Понкратов, Юрий Валентинович
Никитенков, Николай Николаевич
Askerbekov, Saulet Kanybekuly
Chikhray, Evgeniy Vasilevich
Ponkratov, Yuriy Valentinovich
Nikitenkov, Nikolai Nikolaevich
Keywords: реакторные графиты; SiC-покрытие; ВТГР; коррозия; водяной пар; reactor graphite; SiC-coating; HTGR; corrosion; water vapor
Issue Date: 2019
Publisher: Томский политехнический университет
Citation: Исследования высокотемпературной коррозии SiC-покрытия на графите / С. К. Аскербеков [и др.] // Известия Томского политехнического университета [Известия ТПУ]. Инжиниринг георесурсов. — 2019. — Т. 330, № 6. — [С. 98-108].
Abstract: Актуальность исследования обусловлена перспективой создания казахстанского высокотемпературного газоохлаждаемого реактора, в котором будет применен новый набор реакторных графитов и пиролитических углеродных покрытий элементов топлива. На топливных элементах реактора будут использованы покрытия из карбида кремния (SiC) поверх графитой или пироуглеродной оcновы. Цель: определить скорость и особенности протекания высокотемпературной коррозии реакторного графита с SiC-покрытием в диапазоне температур от 750 до 1400 °С при начальном давлении паров воды в камере 100 Па. Объект: изотропный мелкозернистый графит марки IG-110 с защитным SiC-покрытием толщиной 200 мк. Методы: десорбция продуктов коррозии с поверхности и объема образца в присутствии паров воды при различных исследуемых температурах, масс-спектрометрическая регистрация состава газов в рабочей камере, микроструктурные исследования, Рамановская спектроскопия, энерго-дисперсная рентгеновская спектроскопия. Результаты. Установлено, что реакция SiC-покрытия с водяным паром при давлении 100 Па и выше происходит с образованием защитного слоя аморфного диоксида кремния SiO2 (пассивное окисление SiC). Коррозия SiC в парах воды при температурах 1100–1400 ?С происходит на порядок интенсивнее, чем при 750–900 °С. Разработана модель для аналитического описания результатов экспериментов и рассчитаны значения скорости реакции водяного пара с покрытием SiC при температурах 1400, 1300, 1200, 1100 и 1000 ?С. Анализ изменения микроструктуры образцов после коррозионного эксперимента свидетельствует об образовании на поверхности карбида кремния защитного слоя SiO2, характерного для механизма пассивного окисления SiC.. Результаты исследования позволяют заключить, что реакторный графит с SiC-покрытием обладает лучшими антикоррозионными свойствами по сравнению с чистым графитом, а SiC может быть применен для химической защиты графитовых и углеродных слоев топлива высокотемпературного газоохлаждаемого реактора.
The relevance of this work is caused by possible prospect of creating a Kazakhstani high-temperature gas-cooled reactor, in which a number of new materials science solutions will be applied regarding the graphite matrix and fuel cells. Silicon carbide (SiC) coatings will be used on reactor fuel cells, in which graphite is the main constituent material. The aim of the research is to evaluate the corrosion rate of reactor graphite with SiC-coating in the temperature range from 750 to 1400 °C at the initial pressure of water vapor in the chamber 100 Pa. Object: isotropic fine-grained graphite of IG-110 brand with a protective SiC-coating thickness of 200 microns. Methods: programmable thermal desorption of samples in the presence of water vapor, mass spectrometric recording of the gas composition in the working chamber, microstructural studies, Raman spectroscopy, energy-dispersed X-ray spectroscopy. Results. It is shown that at pressures of water vapor of 100 Pa, the SiC-coating interacts with steam through a passive (forming an additional protective layer of amorphous silicon dioxide) mechanism. Corrosion of SiC in water vapor at temperatures of 1100-1400 °C occurs by orders of magnitude more intense than at 750-900 °C. A model for analytical description of the experimental results was developed and the parameters of the rate constant for water vapor interaction with a SiC-coating were calculated for sample temperatures of 1400, 1300, 1200, 1100, and 1000 °C. Microstructural studies of the samples before and after corrosion tests were carried out, which showed that a protective SiO2 film is formed on the surface with a SiC carbide coating during passive corrosion. The research results allow us to conclude that the prototype of a fuel with a SiC-coating has improved anti-corrosion properties and can be successfully used to reduce carbon chemical activity in fuel cells and fuel assemblies of high-temperature gas-cooled reactor without deteriorating their
URI: http://earchive.tpu.ru/handle/11683/55281
ISSN: 2413-1830
Appears in Collections:Известия ТПУ

Files in This Item:
File SizeFormat 
bulletin_tpu-2019-v330-i6-10.pdf1,42 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.