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新型核能級石墨於極高溫空氣環境下之氧化機制與微結構變化研究

為了解決ig gif文青的問題，作者楊佳瑋 這樣論述：

核能級石墨(Nuclear-grade graphite)因具有良好的物理性質，使之被選做為超高溫氣冷式反應器(Very High Temperature Reactor)中的爐心與結構材料。然而若發生熱氣管道(Hot Gas Duct)破裂，發生空氣進氣事故時，則會使得石墨部件嚴重的被氧化。在本篇論文之前，已有非常多的研究學者致力於研究核能級石墨在700-1100℃的氧化機制。而查閱文獻後發現，幾乎沒有相關的文獻有對大於1100℃以上的石墨氧化實驗機制做解釋，所以本實驗選用石油基焦炭製程的IG-110與瀝青焦炭基製程的NBG-18兩者相互做比較，樣品直徑為1公分、高度為1.5公分，將

石墨樣品置入高溫爐中，使樣品處於700-1600℃下的高溫，並通以流量2L/min的乾空氣，以模擬核能級石墨樣品在VHTR發生進氣事故時的高溫氧化效應。藉由紀錄在不同溫度下石墨樣品氧化速率、使用SEM觀察表面及橫截面，最後，也進一步利用Arrhenius plot 之斜率，計算石墨在不同溫度區間發生氧化反應的活化能，來推斷在不同溫度下它的氧化機制等物理現象。 本實驗在氧化速率結果方面，發現石墨在超高溫度氧化的趨勢並不像以往文獻預測的在第三區(~1100℃)後，氧化速率就達到飽和，氧化速率幾乎不再隨著溫度有顯著變化，而是當氧化溫度高於1200℃後，氧化速率再次隨著溫度急遽上升，直到氧化溫度至

1600℃時，氧化速率才再度趨緩。而從石墨表面微結構的觀察可以發現到，在1200℃以前，由於黏著劑氧化的較填充物快，氧化後的樣品表面可以清楚的觀察到填充物的顯現，而在1200℃後，表面填充物有明顯的破壞，推測在此溫度範圍下，填充物也開始無法承受高溫，產生劇烈的氧化，填充物的氧化造成進一步粗糙度的增加，增加反應面積，使氧化速率持續上升，而到最後1600℃時，當空氣遇到石墨表面，不管是填充物還是黏著劑皆會快速氧化，氧化速率只與提供空氣的量有關，所以表面差異氧化的現象變的不明顯，粗糙度降低。最後，由 Arrhenius Plot 計算斜率，活化能並不像過往文獻所預測的在第三區趨近於零，而是在1200

℃再度上升，活化能的上升可能是由於氧化機制的改變，機制轉變成大部分為填充物氧化的形式，使得活化能再度上升。由以上幾點推估，對IG-110與NBG-18兩種核能級石墨來說，在氧化溫度大於1200℃後，氧化速率再次的上升的現象之氧化機制是與以往第三區的氧化機制不同的，而這些現象在氧化溫度到達最高溫度1600℃時變的不明顯，這代表材料氧化測試溫度到達1600℃時，為材料的極限，填充物和黏著劑幾乎沒有分別了。