High temperature mechanisms and kinetics of SiC oxydation under low partial pressures of oxygen : application to the fuel cladding of gas fast reactors

Les réacteurs rapides à gaz font partie des différents concepts étudiés pour la production d’énergie nucléaire. Les composites SiC/SiC sont des matériaux particulièrement intéressant pour le gainage du combustible, grâce entre autres à leur résistance à la corrosion à haute température.Les mécanismes et les cinétiques d’oxydation du carbure de silicium dans les conditions normales de fonctionnement doivent être identifiés et quantifiés, dans la mesure où la corrosion peut dégrader les propriétés mécaniques du composite. Un système expérimental a été développé pour étudier l’oxydation du SiC à hautes températures et faibles pressions partielles d’oxygène. Il apparaît que dans de telles conditions expérimentales, des mécanismes de réaction interfaciale et de volatilisation viennent s’ajouter à l’oxydation parabolique. Les cinétiques de chaque mécanisme sont déterminées en fonction de la température et de la pression partielle en O2, et sont ensuite utilisées dans un modèle numérique de l’oxydation des composites. Le modèle est utilisé pour prédire la durée de vie du composite dans les conditions normales de fonctionnement d’un réacteur.Gas Fast Reactor (GFR) is one of the different Generation IV concepts under investigation for energy production. SiC/SiC composites are candidates of primary interest for a GFR fuel cladding use, thanks to good corrosion resistance among other properties. The mechanisms and kinetics of SiC oxidation under operating conditions have to be identified and quantified as the corrosion can decrease the mechanical properties of the composite. An experimental device has been developed to study the oxidation of silicon carbide under high temperature and low oxygen partial pressure. The results pointed out that not only parabolic oxidation, but also interfacial reactions and volatilization occur under such conditions. After determining the kinetics of each mechanism, as functions of oxygen partial pressure and temperature, the data are used for the modeling of the composites oxidation. The model will be used to predict the lifetime of the composite in operating conditions