Im Rahmen der geplanten Umrüstung des FRMII auf einen Kernbrennstoff mit niedrigerem Anreicherungsgrad ist die metallographische Präparation der Legierung Uran-Molybdän
für verschiedene materialwissenschaftliche Untersuchungen von großer Bedeutung. Uran-Molybdän hat sich schon in der Vergangenheit als ein erfolgversprechender Kandidat für
die Umrüstung von Forschungsreaktoren etabliert. Nur durch weitere Analysen kann überprüft werden, inwiefern diese Legierung auch als zukünftiger hochdichter Kernbrennstoff
des FRM II geeignet ist. In Bezug auf die metallurgische Untersuchung der Gefügestruktur ist die korrekte Präparation von Uran-Molybdän ein zentrales Element. Informationen
über eine geeignete Vorgehensweise bei der metallographischen Präparation dieser Legierung
sind in der entsprechenden Fachliteratur bisher kaum vorhanden.
Aus diesem Grund erfolgen im Rahmen dieser Arbeit systematische Untersuchungen, wobei für jeden Präparationsschritt ein entsprechendes Verfahren entwickelt und optimiert wird. Verschiedene Festkörperphasen besitzen unterschiedliche mechanische und chemische Eigenschaften,
sodass für alle relevanten Phasenzusammensetzungen von Uran-Molybdän und zusätzlich für reines, metallisches alpha-Uran geeignete Präparationsverfahren entwickelt werden. Durch den Vergleich unterschiedlich präparierter und analysierter Proben wird die Ausbildung eines Scheingefüges ausgeschlossen.
Mit den entwickelten Verfahren ist eine mechanische Präparation der Proben ohne Schädigungen wie Kratzern oder einer Kantenverrundung gewährleistet. Zusätzlich konnte die
Kornstruktur von alpha-Uran und der Legierung Uran-Molybdän bei allen Phasenzusammensetzungen mit verschiedenen Präparationsverfahren aufgedeckt werden. Auch die Dendritenstruktur der inhomogen verteilten gamma-Phase konnte sichtbar gemacht werden. Alle auftretenden Strukturen wurden zudem mit individuell ausgewählten Ätzverfahren kontrastiert.
Die Analyse der Proben erfolgte mit optischen Mikroskopen, mit einem Elektronenmikroskop und mittels Röntgenanalyse (EDX).
Für nachfolgende wissenschaftliche Arbeiten und metallurgische Untersuchungen ist dadurch eine sehr gute Präparation der Legierung Uran-Molybdän gegeben.
Inhaltsverzeichnis (Table of Contents)
- Motivation
- Der Kernbrennstoff des FRM II
- Die Umrüstung des FRM II
- Ziel der Bachelorarbeit
- Theoretische Grundlagen
- Grundbegriffe der Metallographie
- Eigenschaften von Uran und Uran - Molybdän
- Probenpräparation
- Probenentnahme
- Einbetten
- Schleifen und Polieren
- Ätzen
- Metallographische Präparation
- Vorversuche an inaktiven Proben
- Herstellung der Proben
- Sägen und Schmelzen
- Homogenisieren und Ausglühen
- Einbetten der Proben
- Vakuumeinbetten
- Elektrische Kontaktierung der Proben
- Mechanische Präparation von Uran - Molybdän
- Experimentelle Vorgehensweise
- Zweistufige Diamantpolitur
- Oxidpolitur
- Analyse nach der Endpolitur
- Ätzen von Uran - Molybdän
- Anlaÿätzen
- Ätzrezept für Uran - Legierungen
- Ätzrezept für Uran - Molybdän
- Elektrolytisches Ätzen
- Vergleich und Zusammenfassung der Ätzverfahren
- Präparation von unlegiertem Uran
- Polierrezept
- Oxidation
- Fazit
- Zusammenfassung und Ergebnisse
- Ausblick
Zielsetzung und Themenschwerpunkte (Objectives and Key Themes)
Diese Bachelorarbeit beschäftigt sich mit der metallographischen Präparation der Legierung Uran - Molybdän, die als zukünftiger Kernbrennstoff des FRM II in Frage kommt. Die Arbeit verfolgt das Ziel, ein geeignetes Polierrezept für Uran - Molybdän zu entwickeln, das die metallographische Gefügestruktur aufdeckt. Hierzu werden systematisch verschiedene Präparationstechniken getestet und anschlieÿend verglichen. Ziel ist es, für die verschiedenen Phasenzusammensetzungen der Legierung Uran - Molybdän geeignete Präparationsverfahren zu finden, die eine fehlerfreie Präparation gewährleisten.
- Entwicklung geeigneter Polierrezepte für Uran - Molybdän
- Vergleich verschiedener Präparationstechniken für die verschiedenen Phasenzusammensetzungen der Legierung Uran - Molybdän
- Sicherstellung einer fehlerfreien Präparation
- Kontrastierung der metallographischen Gefügestruktur
- Analyse der Proben mit verschiedenen Methoden
Zusammenfassung der Kapitel (Chapter Summaries)
Kapitel 1: Die Motivation der Arbeit wird anhand der geplanten Umrüstung des FRM II auf einen Kernbrennstoff mit niedrigerem Anreicherungsgrad erläutert. Die Legierung Uran - Molybdän wird als vielversprechender Kandidat für diese Umrüstung vorgestellt und die Notwendigkeit einer metallographischen Präparation zur weiteren Untersuchung dieser Legierung wird hervorgehoben.
Kapitel 2: Dieses Kapitel beschäftigt sich mit den theoretischen Grundlagen der Metallographie und der Probenpräparation. Es werden wichtige Begriffe, wie z.B. Gefüge, Phasen, Korngrenzen, Allotropie und Polymorphie erläutert. Die Eigenschaften von Uran und Uran - Molybdän werden dargestellt und die einzelnen Schritte der Probenpräparation werden detailliert beschrieben.
Kapitel 3: Dieses Kapitel beschreibt die Herstellung und die Präparation der Proben aus Uran und Uran - Molybdän. Es werden zunächst die Vorversuche an inaktiven Proben erläutert, die als Surrogate für die radioaktiven Proben dienen. Anschlieÿend wird die Herstellung der Proben aus Uran - Molybdän und Uran detailliert beschrieben. Die verschiedenen Präparationstechniken, wie z.B. Planschleifen, Feinschleifen, Diamantpolieren und Oxidpolieren werden vorgestellt. Die Ergebnisse der einzelnen Präparationsverfahren werden in Bezug auf die aufgedeckte Gefügestruktur und auftretende Präparationsfehler bewertet. Das Kapitel beschlieÿt mit einer Diskussion der verschiedenen chemischen und elektrolytischen Ätzverfahren.
Kapitel 4: Das Kapitel fasst die Ergebnisse der Arbeit zusammen und zeigt die Bedeutung der entwickelten Präparationsverfahren für weiterführende wissenschaftliche Arbeiten auf. Der Ausblick gibt Hinweise auf zukünftige Forschungsmöglichkeiten und die mögliche Weiterentwicklung der Präparationsmethoden.
Schlüsselwörter (Keywords)
Die wichtigsten Schlüsselwörter dieser Arbeit sind: Uran - Molybdän, Kernbrennstoff, FRM II, Metallographie, Probenpräparation, Polierrezept, Gefügestruktur, Dendritenstruktur, Widmanstätten - Struktur, Anlaÿätzen, elektrolytisches Ätzen.
- Quote paper
- Matthias Dodenhöft (Author), 2013, Metallografische Präparation von Uran-Molybdän, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/298318
