[发明专利]一种新型弥散燃料及其制造方法

权利要求书

1.一种新型弥散燃料，其特征在于：包括柱状芯块(1)和包壳(2)，包壳(2)包裹在柱状芯块(1)外部，柱状芯块(1)包括燃料区和无燃料层(13)，无燃料层(13)包裹在燃料区外部，燃料区包括TRISO颗粒(11)和SiC基体(12)，TRISO颗粒弥散于SiC陶瓷基体(12)内。

2.根据权利要求1所述的一种新型弥散燃料，其特征在于：所述TRISO颗粒(11)为球形结构，由内到外依次为燃料核芯(111)、疏松热解碳层(112)、内部致密热解碳层(113)、致密碳化硅层(114)、外部致密热解碳层(115)。

3.根据权利要求2所述的一种新型弥散燃料，其特征在于：所述燃料核芯(111)为氮化铀芯体或UO₂-PuO₂芯体；燃料核芯(111)的直径为800μm-1000μm。

4.根据权利要求1所述的一种新型弥散燃料，其特征在于：所述柱状芯块(1)含有倒角和蝶形结构，柱状芯块(1)内可以根据需要弥散有氧化铒可燃毒物。

5.根据权利要求1所述的一种新型弥散燃料，其特征在于：所述无燃料区的材料为SiC/SiC短纤维复合材料，厚度为0.1mm～2mm。

6.一种弥散燃料的制造方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤(1)、将TRISO颗粒(11)与纳米级SiC粉末、5wt％烧结助剂混合，制备柱状芯块(1)生坯；

步骤(2)、使用流延成型工艺制备SiC/SiC短纤维复合材料生带；

步骤(3)、将SiC/SiC短纤维复合材料生带缠绕于实芯钢棒表面，缠绕层数为2～5层，棒状实芯钢表面光滑，无明显缺陷，表面涂有二甲基硅油作为脱模剂，将表面缠绕有SiC生带的柱状芯体(1)做等静压处理，等静压的压力为80～200MPa，保压时间为20～200s，将等静压后的生坯，从柱状芯体(1)上脱下，获得圆筒状无燃料区(13)生坯；

步骤(4)、将SiC/SiC短纤维复合材料生带多层叠加，叠加层数为2～10层，经冲压制备成圆片状无燃料区(13)生坯；

步骤(5)、将柱状燃料区(13)生坯置于圆筒状无燃料区生坯内，上下放置圆片状无燃料层生坯，经热压烧结制备成柱状芯块(1)，烧结气氛为氩气，压力为15MPa，烧结温度为1850℃，烧结时间为1h；

步骤(6)、对柱状芯块(1)进行磨削加工，得到新型弥散燃料芯块。

7.根据权利要求6所述的一种弥散燃料的制造方法，其特征在于：所述步骤(2)中，SiC/SiC短纤维复合材料生带的流延成型制造方法，其具体步骤如下：

步骤(2.1)、将SiC纤维裁剪为长度为4～8mm的短纤维，与SiC粉末及烧结助剂,，烧结助剂Al₂O₃:Y₂O₃的摩尔比为3:2，球磨混合，其中，SiC纤维与SiC颗粒的体积比为35:65，烧结助剂占全部SiC总量的4～8wt.％，球磨介质为无水乙醇，混合时间为8h，球料比为5:1，混合后经60℃干燥获得混合粉体；

步骤(2.2)、将50～60wt.％混合粉体、与30～45wt.％有机溶剂，其中酒精与甲苯的体积比为2:3和0.5～2wt.％分散剂四甲基氢氧化铵混合，球磨8h获得稳定分散的悬浮液；

步骤(2.3)、向获得的悬浮液中加入4～8wt.％粘接剂、2～6wt.％增塑剂和1wt.％消泡剂，球磨混合2h，在真空条件下除泡10～40min，获得稳定分散的SiC/SiC短纤维复合材料浆料；

步骤(2.4)、将获得的SiC/SiC短纤维复合材料浆料倒入流延机的浆料漏斗内，进行流延成型，流延速度为20cm/min～40cm/min，干燥温度为50℃，刀口高度为30μm～50μm可调，将干燥的SiC/SiC短纤维复合材料生带从流延机上剥离，获得厚度为30-50μm的生带。