[发明专利]环形薄壁Al-NpO2弥散芯块的制备工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种辐照靶件的制备方法，特别涉及一种环形薄壁Al-NpO₂弥散芯块的制备工艺。

背景技术

²³⁷Np的比活度高达2.58×10⁷Bq/g，半衰期长达100万年以上，化学毒性极高，因此镎靶件的制备必须在密封、屏蔽条件良好且保持负压的手套箱内进行，操作十分复杂。

为了最大程度减轻镎的放射性和化学毒性的危害，满足操作要求，同时还要考虑到非常昂贵的²³⁷Np原料价格因素，因此镎靶件的制备不应采用如研磨等不利的机械加工方式。在这种情况下，就要求在镎靶件的制备过程中应采用直接成型的方式，并同时满足较高的成型精度要求。

作为一种较为常用的镎靶件，Al-NpO₂弥散芯块具有导热性能好、包容裂变产物能力强、后处理方便等优点。同时，为了便于反应堆辐照，提高辐照效率，在某些情况下，需要将Al-NpO₂弥散芯块制成环形薄壁结构。

当前，制备Al-NpO₂弥散芯块的工艺主要有共热挤压和粉末冶金烧结。共热挤压工艺是国外常用的方法，其优点为：可获得接近全致密的弥散芯块；芯块不需机械加工；芯块与铝合金包壳界面实现冶金结合，不存在气隙，有利于传热。但共热挤压工艺存在着如下难以克服的缺点：当硬脆的NpO₂含量较高时共热挤压难以进行；在610℃以上共热挤压时Al将与NpO₂反应形成热导率较低、脆性很高的NpAl₄金属间化合物和Al₂O₃；制备环形、薄壁芯块的难度较大，设备复杂，废品率较高，生产效率较低。

而对于粉末冶金烧结工艺，国内外的相关研究报道较少。粉末冶金烧结工艺的优点为：烧结温度一般低于600℃，Al不会与NpO₂反应形成其它相；工艺和设备简单，成品率高，生产效率较高。但粉末冶金烧结工艺也存在一些缺点，例如：一、Al的熔点为660℃，NpO₂的熔点为2560℃，两者相差很大，因此在Al中混合较多的NpO₂粉末会严重阻碍Al的烧结致密化，导致难以获得较高密度的Al-20%NpO₂弥散芯块；二、Al的理论密度为2.70g/cm³，而NpO₂的理论密度高达11.125g/cm³，两者相差很大，因此要保证Al与NpO₂混合均匀，具有较大技术难度；三、制造元件或靶件时需要将芯块装管，在芯块不经研磨加工、直接装管的情况下，要精确控制芯块的外径有较大难度，而芯块与包壳之间的装配间隙过大会影响传热，间隙过小则不能顺利装管。

由于Al-NpO₂弥散芯块粉末冶金烧结工艺上存在上述缺陷，为了发挥其优势，因此需要在其基础上开发一种新的制备工艺以适于实际应用。

发明内容

为解决现有Al-NpO₂弥散芯块粉末冶金烧结工艺存在的上述不足，提高Al-NpO₂弥散芯块的致密度、Al与NpO₂的均匀程度，同时精确控制芯块的尺寸以避免对其进行机械加工，本发明提供了一种环形薄壁Al-NpO₂弥散芯块的制备工艺。

一种环形薄壁Al-NpO₂弥散芯块的制备工艺，该制备工艺包括以下步骤：

（1）在中位粒径小于40μm的Al粉中加入浓度为0.5-1wt%的聚乙烯醇水溶液，搅拌均匀后真空干燥，干燥后进行破碎，用50-100目筛网过筛，完成Al粉造粒；

（2）取重量为造粒后Al粉1-20wt%的NpO₂粉末，以及重量为NpO₂粉末0.9-1.1倍的造粒后Al粉混合均匀，得到初混粉末；然后在初混粉末中加入剩余的造粒后Al粉，以及占NpO₂粉末与造粒后Al粉总重之和的0.2-0.5wt%的硬脂酸，混合均匀后得到混合粉末；

（3）用500-800MPa压力在模具中对混合粉末进行冷压成型，保压时间30-60s，脱模后得到环形薄壁Al-NpO₂弥散芯块生坯，其外形尺寸根据脱模后的弹性后效加以控制；