Influence des conditions de synthèse sur les microstructures d'oxyde de cérium yttrié obtenu par voie oxalique

L. Brissonneau (1) , A. Mathieu (1) , Brigitte Tormos (1)

1 CEA-DES (ex-DEN) - CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire)

The monitoring of dissolved oxygen in sodium of sodium fast reactors (SFR) can be performed via potentiometric sensors whith yttria doped thoria electrolyte. With the aim to install such sensors in the ASTRID SFR prototype, studies on yttria doped ceria were first conducted in order to check the feasibility of the process with a non-radioactive simulant material. This material is also studied for the solid oxide fuel cells. The material must exhibit high density and a fine grain microstructure to be resistant to the corrosion by liquid sodium and to the thermal shocks. Thus, the oxalic coprecipitation route was chosen to avoid milling steps that could bring impurity incorporation. Powder and sintered pellets were analyzed by BET, XRD and SEM. The results show that synthesis conditions are of first importance on the process yield, oxalate powder microstructure and eventually on the ceramic density and microstructure. In particular, pH and rate of product mixing are key parameters. The impurity content was limited by controlling the synthesis, calcination and sintering steps. These results will help in defining more precisely the process to elaborate yttria doped thoria in order to obtain the desired microstructures

La mesure de la teneur en oxygène dissous dans le sodium des réacteurs à neutrons rapides peut être réalisée par des sondes électrochimiques dont l’électrolyte est constitué en thorine yttriée. Dans l’intention de fabriquer de telles sondes pour en équiper le réacteur prototype ASTRID, en amont et parallèlement aux travaux sur la thorine yttriée, le procédé est mis au point sur un simulant, non radioactif : la cérine yttriée. Ce matériau est également un candidat pour les piles à combustible à oxydes solides (SOFC). Un matériau résistant à la corrosion par le sodium liquide et aux chocs thermiques doit présenter une microstructure à grains fins, une forte densité et contenir un très faible niveau d’impuretés. Pour ces raisons, il a été décidé de choisir une voie de synthèse de la poudre par co-précipitation oxalique, sans passer par des étapes de broyage, pour limiter l’incorporation d’impuretés. Les analyses des produits formés et intermédiaires ont été menées par mesure de surface spécifique BET, pesée hydrostatique, diffraction des rayons X et microscopie électronique à balayage. Les résultats obtenus montrent que les conditions de synthèse influencent fortement le rendement du procédé, la microstructure de la poudre intermédiaire d’oxalate et, in fine, la densité et la microstructure de la céramique obtenue. En particulier, le contrôle du pH et de la vitesse de mise en contact des réactifs se sont avérés être des paramètres déterminants. La présence des impuretés, principalement Si, Al et P, d’origines multiples, n’a pu être limitée que par la maîtrise des conditions de synthèse de la poudre, puis des opérations ultérieures de calcination, mise en forme et frittage. Ces essais permettent de transposer plus facilement le procédé en thorine yttriée, afin d’obtenir les microstructures souhaitées.

Mots clés: cerine; sonde a oxygène; SFR; précipitation oxalique

Domaines: Physique Nucléaire Expérimentale [nucl-ex]; Physique Nucléaire Théorique [nucl-th]

L. Brissonneau, A. Mathieu, Brigitte Tormos. Influence des conditions de synthèse sur les microstructures d'oxyde de cérium yttrié obtenu par voie oxalique. Récents Progrès en Génie des Procédés (Cédérom), 2015, 107. ⟨cea-02509096⟩