The High Temperature Gas-cooled Reactor (HTGR) is raised as a promising nuclear energy due to excellent inherent stability, producing secondary energy source, high thermal efficiency, and high burn-up level. SiC coating layer has been introduced as protective layer in TRISO nuclear fuel particle of high temperature gas cooled reactor (HTGR) due to excellent mechanical stability at high temperature. So the strength evaluation method of SiC coating layer is important to inhibit the fracture of the TRISO particles. The fracture the SiC coating layer occurred by the tensile stress due to the traditional pressure vessel failure criteria. It is important to find fracture stress of SiC coating layer by the internal pressurization test method. SiC coating film was fabricated on the carbon substrate using chemical vapor deposition process with different microstructures and thicknesses. Processing condition affects on the microstructure of SiC coating film, round columnar or faceted structure. After reducing carbon substrate, SiC coating film was fixed on the pressure inducing tools. The finite-element analysis was carried out to obtain the empirical equation of strength evaluation. By using this empirical equation, the mechanical properties of several types of SiC coating film with different microstructure and thicknesses will discussed.
고온 가스 냉각로는 높은 고유안정성, 고온의 열 공급으로 인한 2차 에너지원 생산, 고열효율, 고연소도 등의 특징 때문에 현재 미래의 유망한 원자력 에너지원으로 평가 받고 있다. SiC 코팅 층은 고온에서의 뛰어난 기계적 안전성으로 인해, 고온 가스 냉각로의 핵연료로 사용되고 있는 TRISO 피복 입자에서 보호 층으로 사용되고 있다. 따라서 SiC 코팅 층의 파괴를 막기 위해 SiC 코팅 층의 파괴 강도를 측정하는 일은 매우 중요하다. SiC 코팅 층의 파괴는 fission으로 pressure induced failure의 기구에 인한 인장 응력에 의해서 발생한다. 따라서 Pressure induced test를 통한 SiC 코팅 층의 파괴 강도를 알아내는 일이 필요하다. SiC 코팅 층은 평면 흑연 기판 위에 증착 온도와 시간의 조절로 두께와 미세구조에 변화를 주어 화학 증착 법으로 제작되었다. 흑연 기판 층을 제거한 후, 원형 구멍이 뚫려 있는 시구에 SiC 코팅 층을 부착하였다. 원형 구멍에 압력을 가해서 SiC 코팅 층의 파괴가 일어날 때의 강도를 재게 한다. 둥근 판 전체에 일정한 힘을 주었을 때의 최대 응력이 일어나는 위치와 크기에 대한 analytical solution과 실제 실험 조건에서 FEM simulation의 비교를 통해 강도 실험식을 유도하였다. 유도된 실험식은 제시된 실험 방법을 통한 유리의 파괴 강도를 통해 그 신뢰성을 입증하였다. 비디오 카메라를 통하여 SiC 코팅 층의 파괴가 일어날 때 파괴 위치와 양상을 관찰하여 FEM simulation으로 예측한 결과와 비교해 보았다. SiC 코팅 층의 미세 구조와 두께에 따른 파괴 강도의 양상에 대해 논의할 것이다.
