Forscher der Texas A&M University haben kürzlich die hervorragenden Eigenschaften einer neuartigen oxiddispersionsverstärkten (ODS) Legierung demonstriert, die sie für den Einsatz in Kernspaltungs- und Fusionsreaktoren entwickelt haben.

Professor Lin Shao vom Department of Nuclear Engineering arbeitete mit Forschern des Los Alamos National Laboratory und der Hokkaido University zusammen, um die nächste Generation von Hochleistungs-ODS-Legierungen zu entwickeln, die bis heute eines der stärksten und fortschrittlichsten Metalle auf diesem Gebiet sind.

ODS-Legierung ist eine Mischung aus Metall und kleinen Nanooxid-Partikeln und ist für ihre hohe Kriechfestigkeit bekannt. Das bedeutet, dass das Material bei steigender Temperatur seine Form behält, anstatt sich zu verformen. Viele ODS-Legierungen halten Temperaturen von bis zu 1,000 Grad Celsius stand und werden häufig in Motoren und Geschirr in der Energieerzeugung und Luft- und Raumfahrttechnik verwendet.

Die Nuklearindustrie benötigt zuverlässige und langlebige Materialien, um die Kernkomponenten von Kernreaktoren zu bilden. Das Material muss eine hohe Festigkeit, Strahlungsbeständigkeit und Beständigkeit gegen Hohlraumausdehnung aufweisen (das Material bildet einen Hohlraum, wenn es Neutronenstrahlung ausgesetzt wird, was zu mechanischem Versagen führt).

Nuklearforscher haben nach hochwertigen kriech- und dehnungsbeständigen Werkstoffen für Hochtemperaturreaktoren gesucht.

Shao sagte: "Im Allgemeinen sollten ODS-Legierungen unter extremer Neutronenbestrahlung quellbeständig sein. Die meisten kommerziellen ODS-Legierungen haben jedoch von Anfang an Probleme."

Dies liegt daran, dass fast alle kommerziellen ODS-Legierungen auf der Ferritphase basieren. Ferritlegierungen werden nach ihrer Kristallstruktur und ihren metallurgischen Eigenschaften klassifiziert und haben eine gute Plastizität und eine angemessene Hochtemperaturfestigkeit. Wenn jedoch die Ferritphase die schwächste Stufe ist, wird ihre Quellbeständigkeit beurteilt. Daher versagen die meisten kommerziellen ODS-Legierungen die erste Verteidigungslinie.

Dr. Lin Shao ist bekannt für seine bahnbrechenden Arbeiten auf dem Gebiet der Strahlungsmaterialwissenschaften. Er leitet das Beschleunigerlabor, um Legierungen unter extremen Strahlungsbedingungen zu testen. Sein Forschungsteam arbeitete mit dem Forschungsteam der Hokkaido University in Japan unter der Leitung von Dr. Shigeharu Ukai zusammen und entwickelte verschiedene neue ODS-Legierungen.

"Wir haben uns entschieden, ein neues Konstruktionsprinzip zu erforschen, das heißt, die Oxidpartikel werden in die Martensitphase eingebettet, was der beste Weg ist, die Porenexpansion zu reduzieren, nicht in die Ferritphase." sagte Shao.

Die resultierende ODS-Legierung hält 400 Verschiebungen pro Atom stand und ist eine der erfolgreichsten Legierungen, die auf diesem Gebiet entwickelt wurden, sowohl in Bezug auf Hochtemperaturfestigkeit als auch auf hervorragende Quellbeständigkeit.

Die Details des gesamten Projekts wurden zusammen mit den neuesten Forschungsergebnissen im "Journal of Nuclear Materials" veröffentlicht. Seitdem hat das Team eine Reihe von Studien durchgeführt und die Aufmerksamkeit des US-Ministeriums für Energie und Nuklearindustrie auf sich gezogen. Im Rahmen des Projekts entstanden insgesamt 18 Zeitschriftenaufsätze und 2 Dissertationen.

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