Department of pure metals Metallophysics and Technology of new materials

На основе исследований поведения отдельных примесей и их групп при рафинировании металлов различными физическими методами в ННЦ ХФТИ были разработаны и реализованы высокоэффективные методы рафинирования металлов:

методы на основе дистилляционных процессов, в т. ч. с конденсацией пара на колонку с градиентом температуры в замкнутом объеме;
плавка и зонная перекристаллизация в сверхвысоком вакууме и контролируемых (активных) средах с применением электронно-лучевого нагрева;
зонная плавка в сочетании с электропереносом;
различные сочетания выше перечисленных методов.

Широкое применение сверхвысоковакуумной техники, обеспечивает достижение наиболее высоких степеней очистки и получение большого количества металлов в наиболее чистом виде.

Впервые в Украине ИФТТМТ разработал технологию получения слитков сплава Zr1Nb с содержанием кислорода менее 0,10 мас.% на основе кальциетермического циркония.

С целью усовершенствования технологического процесса получения циркония реакторной чистоты в ННЦ ХФТИ проведены систематические исследования по очистке циркония от примесей.

Разработаны комбинированные методы формирования ультрамелко-зернистой и нанокристалической структуры в реакторных материалах (цирконии и его сплавах, ниобий, тантал), путем нтенсивной пластической деформации (ИПД), осаживанием, выдавливанием, винтовой экструзией, низкотемпературной квазигидроeкструзией и глубоким волочением. Указанными методами впервые получены образцы ультрамелкозернистых материалов, в том числе наноструктурный цирконий и сплав Zr-2,5% Nb, с размером зерен около 100 нм. Установлено, что ультрамелкозернистые материалы имеют высокую технологическую пластичность. Изучено влияние степени ИПД на процессы фрагментации зерен и функцию распределения зерен по размерам.

Разработана технология получения магниетермического циркония для атомной энергетики. Как исходный материал использовался диоксид циркония, который хлорировался, дистиллировался и восстанавливался магнием. Полученная методом ВДП и ЭЛП циркониевая губка переплавлена в сплав Zr1Nb. Исследованы структура, химический состав, микротвердость и твердость сплавов Zr1Nb (M). Показано, что структура сплава Zr1Nb (M) такая же, как и структура сплава Э-110, химический состав и механические свойства сплава аналогичны.

Аналогичный метод был применен и в технологии получения гафния ядерной чистоты.

Анализ экспериментальных данных по получению циркония позволил разработать рекомендации по усовершенствованию процесса рафинирования циркония методом ЭЛП.

Благоприятные условия рафинирования в сочетании с оптимальной технологией позволяют достигать при ЭЛП значительного повышения металлургической чистоты циркония. Обобщенные результаты систематических исследований процесса рафинирования циркония методом ЭЛП в установке с комбинированной откачкой характеризуются следующими данными: микротвердость йодидного циркония снижается (с 1200 до 800 МПа), происходит существенное уменьшение концентрации металлических и газовых примесей в цирконии. Причем показатели чистоты двукратного рафинирования циркония методом ЭЛП несколько лучше. Приведенные данные свидетельствуют об эффективности метода ЭЛП для очистки циркония от примесей.