Onderzoekers van de Texas A&M University hebben onlangs superieure prestaties aangetoond van een nieuwe oxidedispersieversterkte (ODS) legering die ze hebben ontwikkeld voor gebruik in zowel splijtings- als fusiereactoren.

Dr. Lin Shao, hoogleraar bij de vakgroep Nucleaire Technologie, werkte samen met onderzoekswetenschappers van het Los Alamos National Laboratory en de Hokkaido University om de volgende generatie hoogwaardige ODS-legeringen te creëren, en tot dusver zijn ze enkele van de sterkste en best ontwikkelde metalen in het veld.

ODS-legeringen bestaan ​​uit een combinatie van metalen afgewisseld met kleine, oxidedeeltjes ter grootte van een nanometer en staan ​​bekend om hun hoge kruipweerstand. Dit betekent dat als de temperatuur stijgt, de materialen behouden hun vorm in plaats van te vervormen. Veel ODS-legeringen zijn bestand tegen temperaturen tot 1, 000 C en worden doorgaans gebruikt in energieopwekking en motoren binnen de lucht- en ruimtevaarttechniek, evenals bestek.

De nucleaire gemeenschap heeft grote behoefte aan betrouwbare en duurzame materialen om de kerncomponenten van kernreactoren te vormen. Het materiaal moet een hoge sterkte hebben, stralingstolerant en bestand tegen opzwellen van holtes (materialen ontwikkelen holtes wanneer ze worden blootgesteld aan neutronenstraling, leiden tot mechanische storingen).

Nucleaire onderzoekers zoals Shao proberen consequent kruip- en zwelbestendige materialen van hoge kwaliteit te identificeren voor gebruik in hogetemperatuurreactoren.

"In het algemeen, ODS-legeringen moeten bestand zijn tegen zwelling bij blootstelling aan extreme neutronenstraling, "zei Shao. "Echter, de meeste commerciële ODS-legeringen zijn vanaf het begin problematisch."

Dit komt omdat bijna alle commerciële ODS-legeringen zijn gebaseerd op de ferritische fase. Ferritische legeringen, geclassificeerd door hun kristallijne structuur en metallurgisch gedrag, hebben goede vervormbaarheid en redelijke sterkte op hoge temperatuur. Echter, de ferritische fase is de zwakste fase, beoordeeld op zwelweerstand, daarom falen de meeste commerciële ODS-legeringen in de eerste verdedigingslinie.

Shao, internationaal bekend om zijn baanbrekende werk in de wetenschap van stralingsmaterialen, geeft leiding aan het acceleratorlaboratorium voor het testen van legeringen onder extreme bestralingsomstandigheden. Shao en zijn onderzoeksteam werkten samen met de Japanse onderzoeksgroep aan de Hokkaido University onder leiding van Dr. Shigeharu Ukai om verschillende nieuwe ODS-legeringen te ontwikkelen.

"We hebben besloten om een ​​nieuw ontwerpprincipe te onderzoeken waarin oxidedeeltjes zijn ingebed in de martensitische fase, wat het beste is om de zwelling van de leegte te verminderen, in plaats van de ferritische fase, ' zei Shao.

De resulterende ODS-legeringen kunnen tot 400 verplaatsingen per atoom overleven en zijn enkele van de meest succesvolle legeringen die in het veld zijn ontwikkeld, zowel in termen van sterkte bij hoge temperaturen als superieure weerstand tegen zwelling.

Details van het volledige project werden gepubliceerd in de Journal of Nuclear Materials samen met de meest recente studie. Het team heeft sindsdien meerdere onderzoeken uitgevoerd en de aandacht getrokken van het Amerikaanse ministerie van Energie en de nucleaire industrie. Het project resulteerde in in totaal 18 tijdschriftartikelen en twee proefschriften.