Phase formation and characteristics of dysprosium titanate pellets prepared by solid state synthesis

Abstract

Dysprosium titanate have been developed and used as absorbing material for control rods of thermal neutron nuclear reactors. The study results of phase formation kinetics in the pellets prepared from powder mixtures composition 1 (50 mol.% TiO₂ + 50 mol.% Dy₂O₃) and composition 2 (56 mol.% TiO₂ + 44 mol.% Dy₂O₃) after sintering at temperatures of 1250...1650 °C in an air are presented. It is shown that initial mixture composition affects the phase composition of sintering dysprosium titanate pellets. Also, it was revealed the formation of high-temperature radiation-resistant fluorite phase of Dy₂TiO₅ using composition 1 powder mixture. Two-stage sintering with partial synthesis allows obtaining fine-grained dysprosium titanate pellets with high density of 7.1 g/cm³ and low open porosity.

Розроблено титанат диспрозію, який використовується в якості поглинаючого матеріалу для регулюючих стрижнів ядерних реакторів на теплових нейтронах. Наведено результати дослідження кінетики фазоутворення в матеріалі таблеток із порошкових сумішей складу 1 (50 мол.% TiO₂ + 50 мол.% Dy₂O₃) та складу 2 (56 мол.% TiO₂ + 44 мол.% Dy₂O₃) після спікання за температур 1250…1650 °C в повітряній атмосфері. Показано, що склад вихідної суміші впливає на фазовий склад і співвідношення фаз у матеріалі, який синтезується. Зафіксовано утворення радіаційно стійкої високотемпературної фази зі структурою флюориту (Dy₂TiO₅-f) при використанні суміші складу 1. Використання схеми двостадійного спікання з частковим синтезом матеріалу на першій стадії забезпечує одержання таблеток із Dy₂TiO₅ щільністю 7,1 г/см³ з дрібнозернистою структурою та низьким значенням відкритої пористості.

Разработан титанат диспрозия, который используется в качестве поглощающего материала для регулирующих стержней ядерных реакторов на тепловых нейтронах. Представлены результаты исследования кинетики фазообразования в материале таблеток из порошковых смесей состава 1 (50 мол.% TiO₂ + 50 мол.% Dy₂O₃) и состава 2 (56 мол.% TiO₂ + 44 мол.% Dy₂O₃) после спекания при температурах 1250…1650 °C в воздушной атмосфере. Показано, что состав исходной смеси влияет на фазовый состав и соотношение фаз в синтезируемом материале. Зафиксировано образование радиационнo стойкой высокотемпературной фазы со структурой флюорита (Dy₂TiO₅-f) при использовании смеси состава 1. Применение схемы двухстадийного спекания с частичным синтезом материала на первой стадии обеспечивает получение таблеток из Dy₂TiO₅ плотностью 7,1 г/см³ с мелкозернистой структурой и низким значением открытой пористости.