回転式打錠機はなぜ酸化トリウム系燃料ペレットの欠陥を引き起こすのか？密度勾配の課題を解決する

不均一な粉末分布が主な原因です。一軸ダイプレスに使用される回転式打錠機は、酸化トリウム粉末の自然な流れを制限し、ダイ内に均一に充填されるのを妨げます。この制限により、結果として得られる「グリーン」（未焼結）ペレット全体に大きな密度勾配、つまり密度のばらつきが生じます。

一軸プレスの剛直なメカニズムは、初期圧縮体内に不均一な密度を作り出します。焼結中に、これらの密度の違いは不均一な収縮を引き起こし、しばしば高価な修正を必要とする構造的欠陥や幾何学的歪みにつながります。

根本原因：密度勾配

一軸ダイプレスでは、力が一方向に印加されます。この機械的な作用は、粉末粒子が移動して再配置する自由度を制限します。

粉末が自由に流れないため、ダイの体積全体に均一に分布しません。粉末とダイ壁との間の摩擦は、この問題をさらに悪化させます。

最終的なグリーン圧縮体は「密度勾配」を持っています。これは、ペレットの一部（通常はパンチ面の近く）がより密度が高く、他の部分（通常は中央）がより多孔質であることを意味します。

グリーンペレットが焼結を受けると、密度の異なる領域は異なる速度で収縮します。高密度領域は低密度領域よりも収縮が少なくなります。

この差収縮は、予測可能な歪みにつながります。最も一般的な現れは砂時計形状の形成であり、ペレットの中央部分が端部分よりも収縮します。

単純な形状の歪みを超えて、密度勾配によって引き起こされる内部応力は、実際の材料破壊につながります。これはしばしばエンドキャッピング（上部が分離する）またはペレット本体全体にわたるラミネーションクラックにつながります。

時間の経過とともに、このプレス方法に関わる摩擦はダイ自体に大きな摩耗を引き起こします。ダイが劣化すると、精密な粒子サイズ制御に必要なタイトな公差が失われます。

プレスプロセスでは、正味形状の部品を生成できないことが多いため、製造業者は追加のステップを導入せざるを得ません。歪んだペレットは、形状を修正するために焼結後の機械加工を必要とすることが多く、生産サイクルに時間とコストを追加します。

一軸プレスは一般的な技術ですが、その限界を理解することは効果的な生産計画にとって不可欠です。

寸法精度が最優先事項の場合：密度勾配によって引き起こされる避けられない砂時計現象を修正するために、焼結後の機械加工を実施する準備をしてください。
欠陥削減が最優先事項の場合：ここでの勾配はエンドキャッピングやラミネーションクラックの直接の前駆体であるため、「グリーン」密度分布を注意深く監視してください。
機器の寿命が最優先事項の場合：長期間の摩耗は最終的に粒子サイズ制御を損なうため、ダイの点検のための厳格なメンテナンススケジュールを実施してください。

酸化トリウム系製造の成功には、プレスからの完全な均一性を期待するのではなく、これらの機械的な限界を予測することが必要です。