FR2715651A1 - Tritogenic ceramic material containing lithium and its preparation process. - Google Patents
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Abstract
Description
MATERIAU TRITIGENE EN CERAMIQUE CONTENANT DU LITHIUM
ET SON PROCEDE DE PREPARATION
DESCRIPTION
La présente invention a pour objet un matériau tritigène en céramique contenant du lithium, utilisable en particulier dans des réacteurs de fusion thermonucléaire contrôlée en tant que composant essentiel de la couverture.TRITIGEN CERAMIC MATERIAL CONTAINING LITHIUM
AND ITS PREPARATION PROCESS
DESCRIPTION
The present invention relates to a tritigenic ceramic material containing lithium, usable in particular in thermonuclear fusion reactors controlled as an essential component of the cover.
Dans de tels réacteurs, la couverture doit être stable aux températures de fonctionnement qui sont généralement de 400 à 700 C, et elle doit permettre
- la production et le relâchement aisé du tritium issu du bombardement des atomes de lithium-6 par les neutrons émis par la réaction de fusion D-T (deutérium-tritium) du plasma, et
- la récupération de l'énergie, soit de la chaleur, dégagée par ces réactions.In such reactors, the cover must be stable at operating temperatures which are generally 400 to 700 ° C., and it must allow
the production and the easy release of the tritium resulting from the bombardment of the lithium-6 atoms by the neutrons emitted by the fusion reaction DT (deuterium-tritium) of the plasma, and
- the recovery of energy, or heat, released by these reactions.
On a déjà envisagé d'utiliser dans la couverture de ces réacteurs des céramiques à base d'aluminate de lithium gamma, mais la température nécessaire pour obtenir le relâchement du tritium par la céramique reste élevée. It has already been envisaged to use ceramics based on lithium gamma aluminate in the cover of these reactors, but the temperature necessary to obtain the release of tritium by the ceramic remains high.
La présente invention a précisément pour objet un nouveau matériau tritigène en céramique contenant du lithium, qui pallie ces inconvénients. The present invention specifically relates to a new tritigenic ceramic material containing lithium, which overcomes these drawbacks.
Selon l'invention, le matériau tritigène comprend une céramique contenant du lithium de formule
Li2Ti lxyZrxSnyO3 dans laquelle x et y sont tels que
0 < x+y < l avec (0 < x < 0,1 ou 0,9 < x < 1)
Ainsi, selon l'invention, le matériau tritigène peut être soit un zirconate de lithium (x=l), soit un titanate de lithium (x=y=0), soit un stannate de lithium (y=l), soit un composé isostructural du titanate de lithium résultant de la substitution partielle ou totale des ions Ti4+ par des ions Sn4+ (x=0), soit un composé isostructural du zirconate de lithium résultant de la substitution dans du zirconate de lithium d'au plus 10 e des ions Zr4+ par un ou plusieurs ions choisis parmi Ti4+ et Sn4+, soit un composé isostructrual de la solution solide Li2Ti1~ySnyO3 résultant de la substitution d'au plus 10 % des ions Ti4+ et/ou Sn4+ par des ions Zr4+.According to the invention, the tritigenic material comprises a ceramic containing lithium of formula
Li2Ti lxyZrxSnyO3 in which x and y are such that
0 <x + y <l with (0 <x <0.1 or 0.9 <x <1)
Thus, according to the invention, the tritigenic material can be either a lithium zirconate (x = l), or a lithium titanate (x = y = 0), or a lithium stannate (y = l), or a compound isostructural of lithium titanate resulting from the partial or total substitution of Ti4 + ions by Sn4 + ions (x = 0), that is an isostructural compound of lithium zirconate resulting from the substitution in lithium zirconate of at most 10 e of the ions Zr4 + by one or more ions chosen from Ti4 + and Sn4 +, an isostructrual compound of the solid solution Li2Ti1 ~ ySnyO3 resulting from the substitution of at most 10% of the Ti4 + and / or Sn4 + ions by Zr4 + ions.
Ces composés isostructuraux sont des solutions solides
Li2ZrO3-Li2TiO3,
Li2TiO3-Li2SnO3 t
Li2ZrO3-Li2SnO3, ou Li2ZrO3-Li2TiO3-Li2SnO3. These isostructural compounds are solid solutions
Li2ZrO3-Li2TiO3,
Li2TiO3-Li2SnO3 t
Li2ZrO3-Li2SnO3, or Li2ZrO3-Li2TiO3-Li2SnO3.
L'utilisation de ces céramiques contenant du lithium permet d'obtenir le relâchement du tritium à des températures plus faibles que celle obtenue avec l'aluminate de lithium y, ce qui constitue un avantage important. The use of these lithium-containing ceramics makes it possible to obtain the relaxation of the tritium at lower temperatures than that obtained with lithium aluminate y, which constitutes an important advantage.
En effet, dans les futures réacteurs de fusion, on prévoit l'existence de points "froids" au sein de la couverture, car certains endroits de la couverture seront à 7000C, alors que d'autres seront seulement à 400-4500C. Or, le relâchement du tritium fait appel à des processus thermiquement activés, mais pour des raisons de sécurité et d'alimentation des réacteurs de fusion deutérium-tritium, il n'est pas souhaitable que le temps de séjour du tritium dans la couverture soit trop long. Aussi, un gain de 100"C sur la température de relâchement du tritium est intéressant, car il permet de relâcher du tritium dans les parties froides de la couverture. Indeed, in future fusion reactors, it is expected that there will be "cold" spots within the cover, because some places of the cover will be at 7000C, while others will be only at 400-4500C. However, the release of tritium requires thermally activated processes, but for reasons of safety and supply of the deuterium-tritium fusion reactors, it is not desirable that the residence time of the tritium in the cover is too long. long. Also, a gain of 100 "C on the release temperature of tritium is interesting, because it allows release of tritium in the cold parts of the cover.
Selon un exemple de réalisation du matériau de l'invention, la céramique contenant du lithium est une céramique de zirconate de lithium ou d'une solution solide Li2ZrO3-Li2TiO3, c'est-à-dire que dans la formule donnée ci-dessus, y est égal à 0. According to an exemplary embodiment of the material of the invention, the ceramic containing lithium is a ceramic of lithium zirconate or of a solid solution Li2ZrO3-Li2TiO3, that is to say that in the formula given above, y is 0.
Parmi les céramiques de ce type, on préfère celles qui contiennent également du titane, car le frittage des céramiques Li2ZrO3 est favorisé par l'apport de titane. Among ceramics of this type, those which also contain titanium are preferred, since the sintering of Li2ZrO3 ceramics is favored by the addition of titanium.
En effet, le zirconate de lithium possède une mise en place lente de symétrie cristalline monoclinique entre 700"C et 1000 C. Cette "transition" contrarie fortement le frittage. On peut mettre ce phénomène en évidence en comparant les courbes dilatométriques enregistrées sur un zirconate de lithium issu d'une même poudre calcinée à 7500C ou à 8000C ; la poudre calcinée à 8000C contient une proportion de phase monoclinique plus importante, la mise en place de la phase est favorisée. Aussi, la frittabilité est améliorée. Cependant, à la stoechiométrie, cette transition vers un état plus ordonné conduit à un "éclatement" de la céramique lors du frittage, éclatement d'autant plus important que la céramique est dense. Aussi, faut-il favoriser un peu plus cette transition ; soit par modification de la stoechiométrie, soit par substitution d'un élément. La substitution Zr4+ < --- > Ti4+ favorise cette transition car le rayon ionique du titane est proche de celui du lithium, et ses divers degrés d'oxydation autorisent des écarts à la stoechiométrie lors de la mise en ordre de la structure. De ce fait, une poudre de céramique de composition Li2Ti1xZrxO3 a une aptitude au frittage meilleure que celle d'une poudre de Li2ZrO3. Indeed, lithium zirconate has a slow establishment of monoclinic crystal symmetry between 700 "C and 1000 C. This" transition "strongly counteracts sintering. We can highlight this phenomenon by comparing the dilatometric curves recorded on a zirconate of lithium from the same powder calcined at 7500C or 8000C; the powder calcined at 8000C contains a higher proportion of monoclinic phase, the establishment of the phase is favored. Also, the sinterability is improved. stoichiometry, this transition to a more ordered state leads to a "bursting" of the ceramic during sintering, bursting all the more important as the ceramic is dense. Also, it is necessary to favor this transition a little more, either by modification of stoichiometry, either by substitution of an element. The substitution Zr4 + <---> Ti4 + promotes this transition because the ionic radius of titanium is close to that of u lithium, and its various degrees of oxidation allow deviations from the stoichiometry when the structure is put in order. Therefore, a ceramic powder of composition Li2Ti1xZrxO3 has a better sinterability than that of a Li2ZrO3 powder.
De plus, la modification des paramètres de la maille cristalline du zirconate de lithium pur induite par la substitution Ti4+ < --- > Zr4+ est favorable aux propriétés mécaniques. In addition, the modification of the parameters of the crystal lattice of pure lithium zirconate induced by the substitution Ti4 + <---> Zr4 + is favorable to the mechanical properties.
Les matériaux tritigènes de l'invention peuvent être préparés par des procédés classiques de réaction en phase solide. Toutefois, on préfère les préparer par le procédé décrit ci-après qui permet de mieux contrôler leur microstructure. The tritigenic materials of the invention can be prepared by conventional solid phase reaction methods. However, it is preferred to prepare them by the process described below which allows better control of their microstructure.
Aussi, l'invention a également pour objet un procédé de préparation d'une céramique contenant du lithium de formule Li2Til-x-yZrxSny03 dans laquelle x et y sont tels que
0 < x+y < 1 avec (0 < x < 0,1 ou 0,9 < x < 1) caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes
a) mélanger dans un alcool anhydre au moins un alkoxyde choisi parmi les alkoxydes de zirconium, de titane et d'étain, avec un hydroxyde de lithium hydraté ou non,
b) ajouter de l'eau au mélange obtenu dans l'étape a) pour l'hydrolyser,
c) sécher, à une température inférieure à 300"C, le produit hydrolysé obtenu dans l'étape b) pour évaporer les alcools et l'eau, puis calciner à une température comprise entre 500 et 8000C pour obtenir une poudre cristallisée,
d) mettre en forme la poudre obtenue dans l'étape c), et
e) soumettre le produit mis en forme à un traitement thermique de frittage effectué à une température de 800 à 12000C pour obtenir une céramique frittée. Also, the invention also relates to a process for the preparation of a ceramic containing lithium of formula Li2Til-x-yZrxSny03 in which x and y are such that
0 <x + y <1 with (0 <x <0.1 or 0.9 <x <1) characterized in that it comprises the following steps
a) mixing in an anhydrous alcohol at least one alkoxide chosen from zirconium, titanium and tin alkoxides, with or without hydrated lithium hydroxide,
b) add water to the mixture obtained in step a) to hydrolyze it,
c) drying, at a temperature below 300 ° C, the hydrolyzed product obtained in step b) to evaporate the alcohols and the water, then calcining at a temperature between 500 and 8000C to obtain a crystallized powder,
d) shaping the powder obtained in step c), and
e) subjecting the shaped product to a thermal sintering treatment carried out at a temperature of 800 to 12000C to obtain a sintered ceramic.
Ce procédé est avantageux car il permet de bien contrôler, d'une part, les rapports stoechiométriques et, d'autre part, la microstructure des céramiques obtenues. This process is advantageous because it allows good control, on the one hand, of the stoichiometric ratios and, on the other hand, the microstructure of the ceramics obtained.
Pour réaliser l'étape a) de ce procédé, on utilise généralement des alcools anhydre à chaîne courte, tels que le méthanol et ltéthanol et des alcoxydes de zirconium, de titane et/ou d'étain tels que les butoxydes et isopropoxydes de ces métaux. To carry out step a) of this process, anhydrous short-chain alcohols are generally used, such as methanol and ethanol and zirconium, titanium and / or tin alkoxides such as butoxides and isopropoxides of these metals. .
L'hydroxyde de lithium hydraté ou non peut être ajouté à la solution fraîchement préparée sous la forme de poudre, de solution ou de suspension dans un alcool ; de préférence, on l'ajoute sous la forme de suspension dans le même alcool que celui de la solution. De préférence, on utilise de l'hydroxyde de lithium monohydraté. Lithium hydroxide, hydrated or not, can be added to the freshly prepared solution in the form of a powder, solution or suspension in an alcohol; preferably, it is added in the form of a suspension in the same alcohol as that of the solution. Preferably, lithium hydroxide monohydrate is used.
Dans l'étape a) de ce procédé, on réalise une hydrolyse partielle avec élévation de la température, et on obtient ainsi une solution dans laquelle le lithium et le ou les métaux (Zr, Ti, Sn) sont intimement mélangés. In step a) of this process, a partial hydrolysis is carried out with a rise in temperature, and a solution is thus obtained in which the lithium and the metal or metals (Zr, Ti, Sn) are intimately mixed.
En partant de produits très purs, on peut ainsi obtenir, par hydrolyse ultérieure, un produit de très grande homogénéité et de très grande pureté, qui conduit par séchage à une fine poudre ne donnant pas lieu à une perte de masse importante lors d'une cuisson ultérieure. Starting from very pure products, one can thus obtain, by subsequent hydrolysis, a product of very high homogeneity and very high purity, which leads by drying to a fine powder which does not give rise to a significant loss of mass during a subsequent cooking.
Dans l'étape c), après séchage, on soumet la poudre obtenue à une calcination, avant d'effectuer l'étape d). Cette calcination peut être effectuée à des températures de 500 à 800"C, sous atmosphère d'air. In step c), after drying, the powder obtained is subjected to calcination, before performing step d). This calcination can be carried out at temperatures of 500 to 800 "C, in an air atmosphere.
La transformation de la poudre séchée ou calcinée en céramique et son frittage sont ensuite obtenus en effectuant les étapes d) de mise en forme et e) de traitement thermique décrites précédemment. The transformation of the dried or calcined powder into ceramic and its sintering are then obtained by carrying out steps d) of shaping and e) of heat treatment described above.
Par ce procédé, on peut obtenir des céramiques dont la densité varie de 70 % à 100 % de la densité théorique, avec des grains de taille homogène dont les dimensions moyennes vont de 0,1 à 10 um en fonction de la température utilisée. By this process, ceramics can be obtained whose density varies from 70% to 100% of the theoretical density, with grains of homogeneous size whose average dimensions range from 0.1 to 10 μm depending on the temperature used.
Généralement, on réalise le frittage en atmosphère d'oxygène, par exemple sous air. Generally, sintering is carried out in an oxygen atmosphere, for example in air.
Par ailleurs, lors du frittage, on enfouit de préférence les pièces dans un lit de poudre de même composition pour bien contrôler la stoechiométrie. Furthermore, during sintering, the parts are preferably buried in a bed of powder of the same composition to properly control the stoichiometry.
Dans le procédé de l'invention, on contrôle les caractéristiques de la poudre (stoechiométrie, cristallinité, taille des particules, . . . . ), et par conséquent son aptitude au frittage, en réglant de façon appropriée la quantité d'alcool utilisé dans la première solution et la quantité d'hydroxyde de lithium ajoutée. In the process of the invention, the characteristics of the powder (stoichiometry, crystallinity, particle size,...), And therefore its sinterability, are controlled, by appropriately regulating the amount of alcohol used in the first solution and the amount of lithium hydroxide added.
La quantité d'hydroxyde de lithium correspond généralement à la quantité stoechiométrique, mais on peut aussi régler la densité du produit final en utilisant des quantités d'hydroxyde de lithium différentes de la stoechiométrie pour avoir un écart allant par exemple jusqu'à 4 % en mole. The amount of lithium hydroxide generally corresponds to the stoichiometric amount, but the density of the final product can also be adjusted by using amounts of lithium hydroxide different from the stoichiometry to have a difference of for example up to 4% in mole.
On contrôle aussi les caractéristiques du produit hydrolysé en ajoutant dans l'étape b) une quantité d'eau telle que le rapport molaire de l'eau à l'alcoxyde de Zr, Ti et/ou Sn soit de 2 à 26. The characteristics of the hydrolyzed product are also checked by adding in step b) an amount of water such that the molar ratio of water to the alkoxide of Zr, Ti and / or Sn is from 2 to 26.
Dans l'étape a) du procédé de l'invention, on prépare la solution d'alcoxyde(s) en mélangeant sous agitation le(s) alcoxyde(s) à l'alcool, puis on ajoute immédiatement l'hydroxyde de lithium et on agite vigoureusement pendant une durée suffisante au cours de laquelle la température s'élève à 700C environ, pour obtenir un mélange intime du lithium avec l'autre métal ou les autres métaux. In step a) of the process of the invention, the solution of alkoxide (s) is prepared by mixing, with stirring, the alkoxide (s) with alcohol, then the lithium hydroxide is immediately added and it is stirred vigorously for a sufficient time during which the temperature rises to approximately 700C, to obtain an intimate mixture of lithium with the other metal or the other metals.
Généralement, cette durée va de 20 min à 60 min pour un volume de 600 ml. Generally, this duration ranges from 20 min to 60 min for a volume of 600 ml.
Dans l'étape a), il se produit une hydrolyse partielle, mais on réalise ensuite l'hydrolyse complète dans l'étape b) par addition d'eau sous agitation. In step a), partial hydrolysis takes place, but complete hydrolysis is then carried out in step b) by adding water with stirring.
Pour cette étape b), on utilise de préférence de l'eau désionisée et décarbonatée pour obtenir par hydrolyse une poudre de grande pureté. On réalise de préférence l'étape a) sous atmosphère de gaz inerte, par exemple d'azote, car les alcoxydes sont très sensibles à l'humidité. For this step b), preferably deionized and decarbonated water is used to obtain, by hydrolysis, a powder of high purity. Stage a) is preferably carried out under an atmosphere of inert gas, for example nitrogen, since the alkoxides are very sensitive to humidity.
Dans l'étape c), on sèche le produit obtenu par hydrolyse à une température inférieure à 300"C. In step c), the product obtained is dried by hydrolysis at a temperature below 300 "C.
Ceci peut être effectué par exemple à 1500C dans une étuve ou à une température supérieure au point critique de l'alcool dans un autoclave, par exemple à 250"C sous 7MPa. This can be done for example at 1500C in an oven or at a temperature above the critical point of alcohol in an autoclave, for example at 250 "C under 7MPa.
D'autres caractéristiques et avantages de 1 invention apparaîtront mieux à la lecture des exemples suivants donnés bien entendu à titre illustratif et non limitatif, en référence au dessin annexé sur lequel
- la figure 1 représente de façon schématique une installation pour tester les propriétés du matériau tritigène en ce qui concerne le relâchement du tritium,
- la figure 2 est un diagramme illustrant le flux de tritium relâché en fonction de la température, et
- la figure 3 est un diagramme illustrant les résultats d'études dilatométriques sur différentes poudres de céramique contenant du lithium conformes à l'invention.Other characteristics and advantages of the invention will appear better on reading the following examples, of course given by way of illustration and not limitation, with reference to the appended drawing in which
FIG. 1 schematically represents an installation for testing the properties of the tritigenic material with regard to the release of tritium,
FIG. 2 is a diagram illustrating the flow of released tritium as a function of temperature, and
- Figure 3 is a diagram illustrating the results of dilatometric studies on different ceramic powders containing lithium according to the invention.
Exemple 1 : Préparation de LiZrO3. Example 1: Preparation of LiZrO3.
Dans cet exemple, on prépare une première solution en mélangeant sous atmosphère d'azote sec 122,67 g de butoxyde de zirconium Zr(OC4Hg) provenant de Aldrich Chemical Cy avec 250 ml d'éthanol. In this example, a first solution is prepared by mixing 122.67 g of zirconium butoxide Zr (OC4Hg) from Aldrich Chemical Cy with 250 ml of ethanol under a dry nitrogen atmosphere.
Dans un autre bécher, on prépare une suspension d'hydroxyde de lithium en mettant en suspension 24,12 g de LiOH, H20 dans 160 ml d'éthanol. In another beaker, a suspension of lithium hydroxide is prepared by suspending 24.12 g of LiOH, H2O in 160 ml of ethanol.
On ajoute alors la suspension ainsi obtenue à la première solution et on soumet le tout à une agitation vigoureuse pendant 30 min au cours desquelles la température augmente à 70 C. On obtient ainsi une solution blanche. The suspension thus obtained is then added to the first solution and the whole is subjected to vigorous stirring for 30 min during which the temperature increases to 70 C. A white solution is thus obtained.
On réalise alors l'hydrolyse de cette solution en ajoutant 62 ml d'eau désionisée et décarbonatée et on agite le mélange pendant 15 min. environ. The hydrolysis of this solution is then carried out by adding 62 ml of deionized and decarbonated water and the mixture is stirred for 15 min. about.
On sèche alors la solution blanche obtenue dans une étuve à 1500C pendant 2 h au moins, puis on calcine la poudre obtenue à 800"C pendant 2 h. The white solution obtained is then dried in an oven at 1500C for at least 2 hours, then the powder obtained is calcined at 800 ° C for 2 hours.
On soumet ensuite cette poudre à un pressage isostatique à froid sous une pression de 200 MPa, pendant 1 min pour former des sphères d'environ 4 mm de diamètre. On fritte ensuite ces sphères dans un creuset en alumine à une température de 950"C pendant 2 h avec une vitesse de chauffage de 3"C/min, après les avoir enfouies dans un lit de poudre de même composition pour limiter les variations de stoechiométrie. This powder is then subjected to cold isostatic pressing under a pressure of 200 MPa, for 1 min to form spheres of approximately 4 mm in diameter. These spheres are then sintered in an alumina crucible at a temperature of 950 "C for 2 h with a heating rate of 3" C / min, after having buried them in a bed of powder of the same composition to limit variations in stoichiometry .
Après frittage, la densité relative obtenue est de 87,6 %. After sintering, the relative density obtained is 87.6%.
Exemple 2 : Préparation de Li2TiO3. Example 2: Preparation of Li2TiO3.
Dans cet exemple, on prépare une première solution en mélangeant sous atmosphère d'azote sec 100 g d'isopropoxyde de titane Ti(OCH(CH3)2)4 (97 %) provenant de Aldrich Chemical Cie avec 250 ml d'éthanol. In this example, a first solution is prepared by mixing under a dry nitrogen atmosphere 100 g of titanium isopropoxide Ti (OCH (CH3) 2) 4 (97%) from Aldrich Chemical Co. with 250 ml of ethanol.
Dans un autre bécher, on prépare une suspension d'hydroxyde de lithium en mettant en suspension 28,92 g de LiOH,H20 dans 160 ml d'éthanol. In another beaker, a suspension of lithium hydroxide is prepared by suspending 28.92 g of LiOH, H2O in 160 ml of ethanol.
On ajoute alors la suspension précédente à la première solution et on soumet le tout à une agitation vigoureuse pendant 30 minutes au cours desquelles la
o température augmente à 70 C. On obtient ainsi une solution blanche.The preceding suspension is then added to the first solution and the whole is subjected to vigorous stirring for 30 minutes during which the
o temperature increases to 70 C. A white solution is thus obtained.
On réalise alors l'hydrolyse de cette solution en ajoutant de l'eau déionisée et décarbonatée en quantité telle que le rapport molaire eau/isopropoxyde de titane soit de 10, et on agite le mélange pendant 15 minutes environ. Hydrolysis of this solution is then carried out by adding deionized and decarbonated water in an amount such that the water / titanium isopropoxide molar ratio is 10, and the mixture is stirred for approximately 15 minutes.
La solution blanche obtenue est alors séchée en étuve à 1500C pendant 2 heures minimum. La poudre obtenue est calcinée à 7500C pendant 2 heures. The white solution obtained is then dried in an oven at 1500C for at least 2 hours. The powder obtained is calcined at 7500C for 2 hours.
On soumet ensuite cette poudre à un pressage isostatique à froid sous une pression de 200 MPa pendant 1 minute pour former des sphères d'environ 4 mm de diamètre. On fritte ensuite ces sphères dans un creuset en alumine à une température de 875"C pendant 2 heures avec une vitesse de chauffage de 30C/min, après les avoir enfouies dans un lit de poudre de même composition pour limiter les variations de stoechiométrie. This powder is then subjected to cold isostatic pressing under a pressure of 200 MPa for 1 minute to form spheres of approximately 4 mm in diameter. These spheres are then sintered in an alumina crucible at a temperature of 875 "C for 2 hours with a heating rate of 30C / min, after having buried them in a bed of powder of the same composition to limit variations in stoichiometry.
Après frittage, la densité relative obtenue est de 86,9 %. After sintering, the relative density obtained is 86.9%.
Exemple 3 : Préparation de Li2Zr0,9Ti0,i3. Example 3: Preparation of Li2Zr0.9Ti0, i3.
Dans cet exemple, on prépare une première solution en mélangeant sous atmosphère d'azote sec 125 g de butoxyde de zirconium Zr(OC4Hg)4 provenant de
Aldrich Chemical Cie avec 9,53 g d'isopropoxyde de titane Ti(OCH(CH3)2)4 (97 %) provenant de Aldrich
Chemical Cie et 250 ml d'éthanol.In this example, a first solution is prepared by mixing under a dry nitrogen atmosphere 125 g of zirconium butoxide Zr (OC4Hg) 4 from
Aldrich Chemical Co. with 9.53 g of titanium isopropoxide Ti (OCH (CH3) 2) 4 (97%) from Aldrich
Chemical Co. and 250 ml of ethanol.
Dans un autre bécher, on prépare une suspension d'hydroxyde de lithium en mettant en suspension 27,57 g de LiOH,H20 dans 160 ml d'éthanol. In another beaker, a suspension of lithium hydroxide is prepared by suspending 27.57 g of LiOH, H2O in 160 ml of ethanol.
On ajoute alors la suspension précédente à la première solution et on soumet le tout à une agitation vigoureuse pendant 30 minutes au cours desquelles la température augmente à 700C. On obtient ainsi une solution blanche. The preceding suspension is then added to the first solution and the whole is subjected to vigorous stirring for 30 minutes during which the temperature increases to 700C. A white solution is thus obtained.
On réalise alors l'hydrolyse de cette solution en ajoutant de l'eau déionisée et décarbonatée en quantité telle que le rapport molaire eau/(isopropoxyde de titane + butoxyde de zirconium) soit de 10, et on agite le mélange pendant 15 minutes environ. The hydrolysis of this solution is then carried out by adding deionized and decarbonated water in an amount such that the water / (titanium isopropoxide + zirconium butoxide) molar ratio is 10, and the mixture is stirred for approximately 15 minutes.
La solution blanche obtenue est alors séchée en étuve à 1500C pendant 2 heures minimum. La poudre obtenue est calcinée à 750"C pendant 2 heures. The white solution obtained is then dried in an oven at 1500C for at least 2 hours. The powder obtained is calcined at 750 "C for 2 hours.
On soumet ensuite cette poudre à un pressage isostatique à froid sous une pression de 200 MPa pendant 1 minute pour former des sphères d'environ 4 mm de diamètre. On fritte ensuite ces sphères dans un creuset en alumine à une température de 950"C pendant 2 heures avec une vitesse de chauffage de 3 C/min, après les avoir enfouies dans un lit de poudre de même composition pour limiter les variations de stoechiométrie. This powder is then subjected to cold isostatic pressing under a pressure of 200 MPa for 1 minute to form spheres of approximately 4 mm in diameter. These spheres are then sintered in an alumina crucible at a temperature of 950 "C for 2 hours with a heating rate of 3 C / min, after having buried them in a bed of powder of the same composition to limit variations in stoichiometry.
Après frittage, la densité relative obtenue est de 86 %. After sintering, the relative density obtained is 86%.
Exemple 4
Dans cet exemple, on soumet les sphères en céramique obtenues dans les exemples 1 à 3 à un essai de dégagement de tritium. Example 4
In this example, the ceramic spheres obtained in Examples 1 to 3 are subjected to a test for the release of tritium.
Dans ce but, on soumet chaque sphère qui pèse 80 à 100 mg à un dégazage sous vide à 650"C pendant 3 h, puis on l'introduit dans une ampoule en quartz préalablement remplie de 27KPa (200 Torrs) d d'hélium, on scelle l'ampoule et on soumet l'ensemble à une irradiation neutronique sous un flux d'environ 10 14 neutrons/cm2.s pendant 2h. For this purpose, each sphere which weighs 80 to 100 mg is subjected to a vacuum degassing at 650 "C for 3 h, then it is introduced into a quartz bulb previously filled with 27KPa (200 Torrs) d of helium, the ampoule is sealed and the assembly is subjected to neutron irradiation under a flux of approximately 10 14 neutrons / cm 2 for 2 h.
Après cette irradiation qui conduit à la formation de tritium dans la céramique, on introduit la sphère de céramique irradiée dans l'installation d'essai représentée sur la figure 1. After this irradiation which leads to the formation of tritium in the ceramic, the irradiated ceramic sphere is introduced into the test installation shown in FIG. 1.
Cette installation comprend un tube en quartz 1 dans lequel on introduit l'échantillon 3 au niveau d'un four de chauffage 5. Ce tube de quartz comporte en aval du four 5 un remplissage de billes de zinc 7 entouré d'un second four de chauffage 9 et il peut être parcouru par un gaz vecteur introduit en 11. This installation comprises a quartz tube 1 into which the sample 3 is introduced at the level of a heating furnace 5. This quartz tube comprises downstream of the furnace 5 a filling of zinc balls 7 surrounded by a second furnace of heating 9 and it can be traversed by a carrier gas introduced at 11.
Après passage dans les deux fours, on mesure la teneur en tritium du gaz vecteur dans un compteur proportionnel ou une chambre d'ionisation 13.After passing through the two ovens, the tritium content of the carrier gas is measured in a proportional counter or an ionization chamber 13.
Lors de l'essai, la sphère de céramique 3 qui a été irradiée, est introduite dans le tube de quartz 1, après avoir été extraite de l'ampoule ayant servi à son irradiation. Dans ce tube de quartz, elle est chauffée par le four 5 de façon à subir un échauffement à vitesse constante de 0,5 C/min, en étant balayée par un gaz vecteur constitué d'hélium contenant 0,1 % d'hydrogène à un débit de 30 ml/min. During the test, the ceramic sphere 3 which has been irradiated, is introduced into the quartz tube 1, after having been extracted from the bulb used for its irradiation. In this quartz tube, it is heated by the oven 5 so as to undergo heating at a constant speed of 0.5 C / min, while being swept by a carrier gas consisting of helium containing 0.1% hydrogen to a flow rate of 30 ml / min.
Lors du chauffage, le tritium inclus dans la céramique se dégage dans le gaz vecteur, sous forme de gaz tritié et de vapeur d'eau tritiée ; la vapeur d'eau tritiée est réduite en gaz tritié par le réducteur 7 constitué de billes de zinc à grande surface spécifique dans le four de réduction 9, à une température de 3700C. A la sortie du four de réduction, le gaz vecteur contient donc le tritium sous forme de gaz tritié et l'on mesure la teneur en tritium de ce gaz dans le compteur proportionnel ou la chambre d'ionisation 13.When heated, the tritium included in the ceramic is released in the carrier gas, in the form of tritiated gas and tritiated water vapor; the tritiated water vapor is reduced to tritiated gas by the reducing agent 7 consisting of zinc balls with a large specific surface in the reduction furnace 9, at a temperature of 3700C. At the outlet of the reduction furnace, the carrier gas therefore contains the tritium in the form of tritiated gas and the tritium content of this gas is measured in the proportional counter or the ionization chamber 13.
Les résultats obtenus (en Becquerel/seconde) en fonction de la température atteinte dans le four de chauffage 5 (en OC) sont représentés sur la figure 2. The results obtained (in Becquerel / second) as a function of the temperature reached in the heating furnace 5 (in OC) are shown in FIG. 2.
Sur cette figure,
- la courbe en traitx mixtes se réfère à la céramique de l'exemple 1, Li2ZrO3,
- la courbe en trait plein se réfère à la céramique de l'exemple 2, Li2TiO3, et
- la courbe en tirets se réfère à la céramique de l'exemple 3, Li2Zro,gTio,1 3. In this figure,
the mixed line curve refers to the ceramic of Example 1, Li2ZrO3,
the curve in solid lines refers to the ceramic of example 2, Li2TiO3, and
- the dashed curve refers to the ceramic of example 3, Li2Zro, gTio, 1 3.
Au vu de ces courbes, on remarque que l'on obtient dans tous les cas le maximum de relâchement du tritium à une température inférieure à 4000C. In view of these curves, we note that in all cases we obtain the maximum release of tritium at a temperature below 4000C.
Ainsi, on obtient de meilleurs résultats avec les céramiques de l'invention qu'avec l'aluminate de lithium pour lequel le maximum de relâchement du tritium se situe généralement à 4500C. Thus, better results are obtained with the ceramics of the invention than with lithium aluminate for which the maximum release of tritium is generally at 4500C.
Exemple 5 : Préparation de Li2ZrO3
On suit le même mode opératoire que dans l'exemple 1 pour préparer une poudre de cette céramique, mais on effectue la calcination à 750"C pendant 2 h.Example 5: Preparation of Li2ZrO3
The same procedure is followed as in Example 1 to prepare a powder of this ceramic, but the calcination is carried out at 750 ° C. for 2 h.
On comprime ensuite cette poudre sous la forme d'un barreau de 5 à 20 mm de diamètre par compression isostatique à froid sous une pression de 200 MPa pendant 1 min, puis on étudie l'aptitude au frittage de la poudre en observant le comportement dilatométrique du barreau en fonction de la température. This powder is then compressed into the form of a bar of 5 to 20 mm in diameter by cold isostatic compression under a pressure of 200 MPa for 1 min, then the sintering ability of the powder is studied by observing the dilatometric behavior of the bar depending on the temperature.
Les résultats obtenus sont donnés sur la figure 3. The results obtained are given in FIG. 3.
Sur cette figure, qui illustre le retrait du barreau AL/Lo où Lg est la longueur initiale du barreau et AL son retrait, en fonction de la température, la courbe 1 qui se réfère à l'exemple 5, montre que le frittage n'est pas achevé à 11000C puisqu'on n'a pas atteint de palier. In this figure, which illustrates the withdrawal of the bar AL / Lo where Lg is the initial length of the bar and AL its withdrawal, as a function of the temperature, curve 1 which refers to Example 5, shows that the sintering does not is not completed at 11000C since we have not reached a plateau.
A titre comparatif, on a représenté sur cette figure les résultats obtenus lorsqu'on effectue la même étude sur la poudre de Li2ZrO3 obtenue dans l'exemple 1 qui a été calcinée à 8000C (courbe 2) et sur la poudre de Li2Zro,gTio,1 3 de l'exemple 3, qui a été calcinée à 750"C. By way of comparison, this figure shows the results obtained when the same study is carried out on the Li2ZrO3 powder obtained in Example 1 which was calcined at 8000C (curve 2) and on the Li2Zro powder, gTio, 1 3 of Example 3, which was calcined at 750 "C.
Ainsi, on remarque que dans le cas de la courbe 2, le frittage est achevé à 11000C et qu'il en est de même dans le cas de l'exemple 3 bien que la poudre n'ait été calcinée qu'à 7500C. Thus, it is noted that in the case of curve 2, the sintering is completed at 11000C and that it is the same in the case of Example 3 although the powder was not calcined at 7500C.
Ceci confirme l'intérêt des solutions solides
Li2ZrO3-Li2TiO3 pour réaliser le frittage dans de meilleures conditions. This confirms the interest of solid solutions
Li2ZrO3-Li2TiO3 to carry out sintering under better conditions.
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Families Citing this family (2)
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---|---|---|---|---|
FR2845080B1 (en) * | 2002-08-27 | 2010-07-30 | Ngk Insulators Ltd | PROCESS FOR PRODUCING FERTILIZED TRITIUM MATERIAL, AND FERTILIZED TRITIUM MATERIAL OBTAINED |
CN112174195A (en) * | 2020-09-28 | 2021-01-05 | 中科院过程工程研究所南京绿色制造产业创新研究院 | Carbon-coated lithium titanate tritium proliferation agent and preparation method and preparation device system thereof |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
USH259H (en) * | 1986-08-22 | 1987-04-07 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Coated ceramic breeder materials |
JPS63112422A (en) * | 1986-10-28 | 1988-05-17 | Murata Mfg Co Ltd | Synthesis of li2sno3 |
DE3742023A1 (en) * | 1987-12-11 | 1989-06-22 | Kernforschungsz Karlsruhe | Breeder material of ternary, lithium-containing oxide |
FR2641774A1 (en) * | 1989-01-16 | 1990-07-20 | Studiecentrum Kernenergi | PROCESS FOR THE PREPARATION OF LITHIUM ZIRCONATE, AND LITHIUM ZIRCONATE AND INTERMEDIATE PRODUCTS PREPARED THEREOF |
FR2687139A1 (en) * | 1992-02-07 | 1993-08-13 | Commissariat Energie Atomique | Process for the preparation of gamma lithium aluminate possessing controlled microstructure and stoichiometry |
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1995
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Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
USH259H (en) * | 1986-08-22 | 1987-04-07 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Coated ceramic breeder materials |
JPS63112422A (en) * | 1986-10-28 | 1988-05-17 | Murata Mfg Co Ltd | Synthesis of li2sno3 |
DE3742023A1 (en) * | 1987-12-11 | 1989-06-22 | Kernforschungsz Karlsruhe | Breeder material of ternary, lithium-containing oxide |
FR2641774A1 (en) * | 1989-01-16 | 1990-07-20 | Studiecentrum Kernenergi | PROCESS FOR THE PREPARATION OF LITHIUM ZIRCONATE, AND LITHIUM ZIRCONATE AND INTERMEDIATE PRODUCTS PREPARED THEREOF |
FR2687139A1 (en) * | 1992-02-07 | 1993-08-13 | Commissariat Energie Atomique | Process for the preparation of gamma lithium aluminate possessing controlled microstructure and stoichiometry |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
DATABASE WPI Week 8825, Derwent World Patents Index; AN 88-172936 * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1138650A1 (en) * | 2000-03-31 | 2001-10-04 | Ngk Insulators, Ltd. | Method of manufacturing lithium titanate pebbles |
Also Published As
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WO1995020551A1 (en) | 1995-08-03 |
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