O controle da porosidade e do tamanho de grão é necessário para melhorar o desempenho de pastilhas combustíveis, especificamente na capacidade de reter produtos de fissão. Com o objetivo de otimizar a microestrutura de combustível sem o uso de aditivos de sinterização, pastilhas de UO₂ foram sinterizadas por 3 h e 4 h a 1500 ºC, 1600 ºC e 1700 ºC.. Não foram observadas variações significativas na porosidade. O maior tamanho de grão médio medido é observado na faixa de 1700 ºC por 4 h, estabelecendo essa condição como ótima. Tal condição foi empregada em pastilhas com razão O/U 2,15 e 2,26 e também em pastilhas oriundas de misturas de UO₂ com pós de U₃O₈ obtidos pela oxidação do UO₂ a 400ºC (U₃O₈ verde) e a 1300ºC (U₃O₈ queimado) ao ar. A finalidade é avaliar o efeito destas condições no desenvolvimento da microestrutura no processo de sinterização. A adição de U₃O₈ na proporção de 10% não resultou em incrementos no tamanho de grão. Essa observação foi aplicável tanto ao U₃O₈ verde quanto ao U₃O₈ queimado. Apesar da diferença significativa de superfície específica dos dois pós, essa diferença não se influiu no tamanho final dos grãos. Em ambas as misturas, foram obtidos tamanho médio de grão e distribuição de tamanhos de grão compatíveis. Os resultados indicam que a estequiometria afetou o desenvolvimento da microestrutura, promovendo o crescimento dos grãos mesmo em atmosfera redutora. Uma relação O/U de 2,26 resultou em um tamanho médio de grão de 12,4 μm, enquanto uma relação O/U de 2,15, levou a 8,0 μm. Portanto, a sinterização de UO₂ com uma relação O/U de 2,26, possivelmente devido à disposição homogênea do U₃O₈ em sua estrutura e à hiperestequiometria, resultou no resultado experimental mais promissor obtido neste trabalho. O tamanho de grão alcançado foi superior ao valor mínimo aceitável em termos industriais para pastilhas de UO₂ pura, sem a utilização de aditivos de sinterização.

Control of porosity and grain size is necessary to enghance the fuel pellet's performance, specifically the ability to retain fission products. To optimize the microstructure of fuel without the use of sintering additives, UO₂ pellets were sintered for 3 hours and 4 hours at temperatures of 1500ºC, 1600ºC, and 1700ºC. No significant variations in porosity were observed. The largest average grain size was measured in the 1700ºC for 4-hour range, establishing this condition as optimal. This condition was applied to pellets with O/U ratios of 2,15 and 2,26, as well as pellets made from mixtures of UO₂ with U₃O₈ powders obtained by oxidizing UO₂ at 400ºC (green U₃O₈) and 1300ºC (sintered U₃O₈) in air. The purpose is to evaluate the effect of these conditions on the development of the microstructure during the sintering process. The addition of 10% U₃O₈ did not result in grain size increments. This observation applies to both green and sintered U₃O₈. Despite the significant difference in specific surface area between the two powders, this difference did not influence the final grain size. Both mixtures yielded compatible average grain sizes and grain size distributions. The results indicate that stoichiometry affected the development of the microstructure, promoting grain growth even in a reducing atmosphere. A O/U ratio of 2.26 resulted in an average grain size of 12.4 μm, while a O/U ratio of 2.15 led to 8.0 μm. Therefore, the sintering of UO₂ with a O/U ratio of 2.26, possibly due to the homogeneous arrangement of U₃O₈ within its structure and hyperstoichiometry, yielded the best experimental result in this work. The achieved grain size exceeded the minimum acceptable value in industrial terms for pure UO₂ pellets without the use of sintering additives.