[发明专利]一种二氧化铀/纳米金刚石核燃料芯块的快速制备方法及其产品有效
申请号: | 201810390509.X | 申请日: | 2018-04-27 |
公开(公告)号: | CN108538409B | 公开(公告)日: | 2019-10-18 |
发明(设计)人: | 程亮;张鹏程;高瑞;杨振亮;李冰清;褚明福;刘朋闯;严彪杰;段丽美;王志毅;刘徐徐;钟毅;黄奇奇 | 申请(专利权)人: | 中国工程物理研究院材料研究所 |
主分类号: | G21C3/62 | 分类号: | G21C3/62;G21C21/02 |
代理公司: | 成都九鼎天元知识产权代理有限公司 51214 | 代理人: | 沈强 |
地址: | 621700 四*** | 国省代码: | 四川;51 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 二氧化铀 核燃料芯块 纳米金刚石 应用 快速制备 粉末冶金技术 粉末冶金领域 复合材料领域 三维网状结构 安全性要求 高温稳定性 导热性能 燃料芯块 稳定性能 有效解决 辐照 核燃料 热导率 陶瓷型 芯块 制备 核电站 能源 保证 | ||
1.一种二氧化铀/纳米金刚石核燃料芯块的快速制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)制备低密度多孔二氧化铀颗粒
将二氧化铀粉装入硬质合金模具中,进行冷压预成形后,脱膜,得到二氧化铀素坯;将得到的二氧化铀素坯研磨破碎后,过不同目数范围的金属筛网,得到低密度多孔二氧化铀颗粒;
(2)表面吸附
按配比将步骤(1)制备的低密度多孔二氧化铀颗粒、纳米金刚石粉装入反应器中,不加任何研磨介质和磨球,并负压保护,同时置于球磨机上低速旋转;该过程中,纳米金刚石粉吸附于二氧化铀颗粒表面,形成微胞结构颗粒;
(3)放电等离子体快速烧结致密化
将步骤(2)制备的微胞结构颗粒装入石墨模具中,进行放电等离子体快速烧结致密化,得到二氧化铀/纳米金刚石初坯;将所得二氧化铀/纳米金刚石初坯脱模后,即得二氧化铀/纳米金刚石燃料芯块。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤1中,冷压预成形的压力为80MPa~550MPa,保压时间0.5min~15min。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤1中,多孔二氧化铀颗粒密度为3.51g/cm3~6.03g/cm3,孔隙度为45%~68%。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述步骤1中,研磨破碎后的颗粒过12目~150目金属筛网。
5.根据权利要求1~4任一项所述的方法,其特征在于,所述步骤2中,纳米金刚石粉的粒径范围为30nm~800nm,所述低密度多孔二氧化铀颗粒、纳米金刚石粉的体积比为(85-99):(1-15)。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤2中,球磨机的转速为60r/min~220r/min,纳米金刚石的吸附时间为0.5h~5h,不加任何研磨介质和磨球,并抽负压保护。
7.根据权利要求1、2、3、4、6中任一项所述的方法,其特征在于,所述步骤3中,放电等离子体烧结温度为1100℃~1600℃,保温时间为0.5min~15min,升温速率为50~200℃/min,烧结气氛为氩气,得到二氧化铀/纳米金刚石初坯。
8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤3中,将所得二氧化铀/纳米金刚石初坯进行包套脱除处理,并加工至设定尺寸,即得二氧化铀/纳米金刚石燃料芯块。
9.采用权利要求1~8任一项所述方法所制备的产品。
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