화학공학소재연구정보센터
학회 한국재료학회
학술대회 2019년 가을 (10/30 ~ 11/01, 삼척 쏠비치 호텔&리조트)
권호 25권 2호
발표분야 D. 구조 재료 분과
제목 습식 분쇄에 의한 Gd2O3-Y2O3 소결체 제조
초록 Gd2O3는 원자로의 출력 또는 핵연료의 잉여반응도를 조절하기 위해 원자로 내의 중성자를 흡수하여 중성자 밀도를 조절하는 물질이다. Gd2O3는 상온에서는 cubic 이지만 1200℃가 되면 monoclinic 으로 상변화를 하게 되어 소결 후에 재료 내부에 균열이 생성될 수 있다. 온도변화에 따른 상변화가 발생하지 않도록 상 안정화(phase stabilizer) 원소로서 Y2O3를 선정하여 중성자흡수 소결체를 제조하였다.

Gd2O3와 Y2O3를 각각 50mol%씩 계량하여 습식 분쇄한 후 건조시키고, 건조된 분말을 성형 및 소결하였다. 1500℃ ~ 1700℃에서 소결하였을 때 소결밀도는 각각 5.48, 6.28, 6.29 g/cm3 이었다. 1600℃ 이후에는 소결밀도 변화가 없는 것으로 보아서 치밀화(densification) 과정은 1500℃와 1600℃ 사이에서 완료됨을 알 수 있다. 반면에, 1600℃와 1700℃ 소결체의 결정립크기는 각각 4um와 10um로서 1700℃에서 결정립이 크게 성장하였다.

소결에 따른 상변화 결과를 확인하기 위하여 Gd2O3-Y2O3 혼합분말과 1600℃ 소결체를 XRD로 분석하였다. 혼합분말에서는 Gd2O3와 Y2O3 피크가 각각 확인되었지만, 소결체에서는 미확인 물질로 판별되었다. 소결체에서 피크 위치는 Gd2O3 분말 피크와 Y2O3 분말 피크 사이에서 발견되어 두 상이 전율고용을 이룬 것으로 판단된다. Y2O3를 첨가함으로서 열적으로 안정한 cubic 상을 갖는 Gd2O3 중성자 흡수체를 제조할 수 있었다.
저자 김시형, 이영우, 하대진, 유용환, 김수형
소속 한국원자력(연)
키워드 <P>중성자흡수체; Gd<SUB>2</SUB>O<SUB>3</SUB>; 소결</P>
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