[发明专利]一种包覆燃料颗粒及其制备方法

权利要求书

1.一种包覆燃料颗粒，其特征在于，包括陶瓷燃料核芯及在所述核芯外依次包覆的疏松碳化硅层、内热解炭层、致密碳化硅层和外致密热解炭层；

所述疏松碳化硅层的制备方法为选择甲基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷或三甲基一氯硅烷为前驱体材料，以氩气或氢气为载带气体，以氩气、氮气或二者任意比例的混合气为流化气体，在温度1400℃～1560℃的条件下对燃料核芯进行包覆，包覆时间为5～40min，所述载带气体与所述流化气体的流量比为1～5。

2.根据权利要求1所述的包覆燃料颗粒，其特征在于，所述疏松碳化硅层的密度为0.8～2.6g/cm³，厚度为30～150μm。

3.根据权利要求1或2所述的包覆燃料颗粒，其特征在于，所述陶瓷燃料核芯的物质组成为氧化铀、碳化铀和氮化铀中的一种或几种组分的混合物，所述陶瓷核芯为直径100～1200μm的圆球。

4.根据权利要求1或2所述的包覆燃料颗粒，其特征在于，所述内热解炭层的由乙炔或丙烯中的一种或两种物质裂解制得，其厚度为20～120μm，其结构为致密热解炭层或内层疏松外层致密的复合热解炭层。

5.根据权利要求1或2所述的包覆燃料颗粒，其特征在于，所述致密碳化硅层是以甲基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷或三甲基一氯硅烷为前驱体裂解制得，其密度为3.18～3.20g/cm³，厚度为30～60μm。

6.根据权利要求1或2所述的包覆燃料颗粒，其特征在于，所述外致密热解炭层由丙烯裂解制得，其厚度为20～50μm。

7.权利要求1-6任一项所述包覆燃料颗粒的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)在氩气或氮气气氛下将流化床反应器加热至1000～1200℃，放入陶瓷燃料核芯；

2)选择甲基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷或三甲基一氯硅烷为前驱体材料，以氩气或氢气为载带气体，以氩气、氮气或二者任意比例的混合气为流化气体，所述载带气体与所述流化气体的流量比为1～5，在温度1400℃～1560℃的条件下对燃料核芯进行包覆，包覆时间为5～40min，得到包覆了疏松碳化硅层的燃料颗粒；

3)将流化床反应器温度控制为1100～1400℃，通入乙炔或丙烯气体进行内热解炭层的包覆，得到包覆了疏松碳化硅层和内热解炭层的燃料颗粒；

4)将所述前驱体原料以氢气为载带气体，以氢气或者氩气和氢气的混合气体为流化气体，两种气体的流量比为氩气/氢气为0～0.9，载带气体与流化气体的流量比为0.01～0.2，在温度1500～1650℃进行化学气相沉积1～4h，进行致密碳化硅层的包覆，得到包覆了疏松碳化硅层、内热解炭层和致密碳化硅层的燃料颗粒；

5)以氩气为流化气体，通入丙烯气体，控制氩气与丙烯气体的体积比为0.5～2.0，在温度1300～1400℃的条件下进行外致密热解炭层的包覆，包覆时间为100～400s,得到所述包覆燃料颗粒。

8.权利要求1～6任一项所述包覆燃料颗粒组成的燃料元件，在高温气冷堆、气冷快堆、熔盐堆中、压水堆中的应用。