[发明专利]一种二氧化铀-碳化物复合燃料芯块及其制备方法

权利要求书

1.一种二氧化铀-碳化物复合燃料芯块，其特征在于，所述二氧化铀-碳化物复合燃料芯块中的二氧化铀表面包覆一层由粒径为20～800nm的金属钼粉经低温预烧结形成的抑制界面反应层金属钼；

所述二氧化铀-碳化物复合燃料芯块的制备方法具体包括以下步骤：

步骤S1：首先将二氧化铀原料进行预压或预烧结，然后再依次经过研磨破碎、筛分、物理微球化制得粒径为100～1000μm二氧化铀微球；

步骤S2：将步骤S1获得的二氧化铀微球与金属钼粉按体积比为(80～95):(20～5)进行混合，通过物理作用让金属钼粉包覆在二氧化铀微球表面，然后将表面包覆金属钼粉的二氧化铀微球进行低温预烧结，得到表面包覆抑制界面反应层金属钼的二氧化铀微球；

步骤S3：将步骤S2获得的表面包覆抑制界面反应层金属钼的二氧化铀微球与粒径为0.1～20μm的碳化物颗粒按体积比为(75～98)：(25～2)在惰性气体保护下混合均匀，得到混合料；

步骤S4：将步骤S3获得的混合料采用放电等离子体烧结、热压烧结、无压气氛烧结中的任意一种方式进行烧结，得到二氧化铀-碳化物复合燃料芯块。

2.根据权利要求1所述的一种二氧化铀-碳化物复合燃料芯块，其特征在于，所述步骤S1中的二氧化铀原料进行预压时，所述预压为轴向模压，其压力为100～600MPa、保压时间为0.5～30min。

3.根据权利要求1所述的一种二氧化铀-碳化物复合燃料芯块，其特征在于，所述步骤S1中的二氧化铀原料进行预烧结时，所述预烧结为无压气氛烧结或放电等离子体烧结，其中，所述无压气氛烧结的温度为600～1500℃、保温时间为0.5～12h、气氛为氩气，所述放电等离子体烧结的温度为200～1100℃、保温时间为0.2～30min、气氛为氩气或真空。

4.根据权利要求1所述的一种二氧化铀-碳化物复合燃料芯块，其特征在于，所述步骤S2中的二氧化铀微球与金属钼粉在转速为50～300r/min的负压设备中混合0.2～8h。

5.根据权利要求1所述的一种二氧化铀-碳化物复合燃料芯块，其特征在于，所述步骤S3采用正转20min-间停1min-反转20min的循环模式进行混合，然后在转速为150～400r/min的球磨机中混合1～24h，混合过程中不加入研磨介质和磨球，所述惰性气体为氮气、氦气、氩气中的一种。

6.根据权利要求1所述的一种二氧化铀-碳化物复合燃料芯块，其特征在于，所述步骤S4中的混合料采用放电等离子体烧结时，所述放电等离子体烧结条件为：烧结温度1000℃～1500℃、升温速率50～300℃/min、保温时间0.5～30min、压力30～70MPa、真空度0.5～20Pa。

7.根据权利要求1所述的一种二氧化铀-碳化物复合燃料芯块，其特征在于，所述步骤S4中的混合料采用热压烧结时，所述热压烧结条件为：烧结温度1050℃～1550℃、升温速率5～50℃/min、保温时间1～5h、压力30～150MPa、真空度10～50Pa。

8.根据权利要求1所述的一种二氧化铀-碳化物复合燃料芯块，其特征在于，所述步骤S4中的混合料采用无压气氛烧时，所述无压气氛烧结包括以下步骤：

步骤B1：将步骤S3得到的混合料在压力为100～500MPa、保压时间为0.5min～10min的条件下模压成型，得到坯体；

步骤B2：将步骤B1得到的坯体在流量为0.2～2L/min的H₂的氛围中以升温速率1～10℃/min升温到1150～1780℃，并保温2～15h。

9.根据权利要求1～8任一项所述的一种二氧化铀-碳化物复合燃料芯块，其特征在于，所述碳化物为SiC或ZrC。