Elaboration et caracterisation de materiaux riches en bore pour applications nucleaires

Elaboration and characterization of boron rich compounds for nuclear applications

• Auteur / Autrice : GUY-MARC DECROIX
• Direction : M. BOUSSUGE
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences appliquées
• Date : Soutenance en 1995
• Etablissement(s) : Paris, ENMP

Résumé

Les absorbants neutroniques constitutifs des barres de commande des reacteurs nucleaires rep ou rnr sont generalement des ceramiques refractaires, utilisees sous forme de pastilles cylindriques de petite dimension. Ces materiaux sont principalement des composes riches en bore, le plus connu etant le carbure de bore (b#4c). Le carbure de bore, absorbant neutronique actuellement utilise dans les barres de controle, est une ceramique qui resiste mal, du point de vue thermomecanique, aux sollicitations severes auxquelles il est soumis en cours d'irradiation ; la reaction de capture des neutrons, fortement exothermique, et le refroidissement peripherique des gaines contenant les pastilles absorbantes sont a l'origine d'un fort gradient thermique radial. Le materiau se fissure et perd son integrite lorsque la contrainte induite atteint localement la contrainte a rupture, ce qui limite sa duree de vie. Dans la perspective de mettre au point des absorbants neutroniques pour les reacteurs nucleaires de nouvelle generation, nous avons developpe de nouveaux materiaux aux proprietes thermomecaniques ameliorees. Plusieurs voies ont ete envisagees pour renforcer le carbure de bore: - renforcement par whiskers de sic ou de b#4c, - renforcement par phase ductile: cermets b#4c-mo ou b#4c-cu, - renforcement par phase fragile: cercers b#4c-hfb#2 ou b#4c-bn les differents composites ont ete soumis a un four image qui permet de reproduire les sollicitations thermiques de fonctionnement en reacteur lors d'irradiations. Les premiers resultats ont montre que certains composites avaient une resistance au choc thermique trois fois superieure a celle du b#4c. Les composites les plus prometteurs sont b#4c-hfb#2, b#4c-mo et b#4c-cu. Ces composites ont ete elabores selon deux procedes, l'un conduisant a une microstructure micro-dispersee, l'autre a une microstructure macro-dispersee, la fraction volumique de b#4c. Pouvant varier de 50 a 80%. Les composites macro-disperses ont permis de mettre en evidence plusieurs mecanismes de renforcement tels que deflexion, pontage ou microfissuration ; les fissures restent sous-critiques et le materiau conserve son integrite