High-temperature oxidation behavior of advanced fuel cladding SiC under various oxygen partial pressures

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26420866
• Research Institution: University of Fukui
• Principal Investigator: 宇埜 正美 福井大学, 附属国際原子力工学研究所, 教授 (00232885)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 事故耐性被覆管 / 窒化ケイ素 / 酸化反応

Outline of Annual Research Achievements

事故耐性燃料被覆管、SiC/SiCの材料であるSiCは、大気中でSiO2の生成する酸化反応、
SiC(s)+2O2(g)＝SiO2(s)+CO2 (g)　(1)
以外に、高温の比較的低い酸素雰囲気下で、焼結助剤であるAl2O3などと
SiC(s)+O2;(g)=SiO(g)+CO(g)　 (2)
SiC(s)+Al2O3(s)=SiO(g)+ Al2O(g)+CO(g)　(3)
の反応を起こし、反応生成物が気化する。そこで、SiCの軽水炉利用時の健全性を検討するために、SiC（又はSiCとAl2O3）とO2の反応試験を行った。SiCとO2の反応においては、大気雰囲気においては(1)の反応が進み、SiC試料表面に保護性の薄いSiO2膜が生成する。さらに、熱力学計算による評価によって、軽水炉の通常および事故条件における温度、雰囲気下でもSiC/SiC被覆管外側表面に生成したSiO2膜によって反応(1)が停止することがわかった。真空雰囲気においては、反応(2)と(3)が進みSiC試料表面に空孔を形成することが判明した。しかし、熱力学評価により、軽水炉環境においては、被覆管内側が閉じた系であるために反応(1)と(2)どちらにおいても、生成した気体の蓄積により、いずれ反応が停止することが予測された。