[发明专利]一种利用硼酸盐助熔剂生长二氧化铀晶体的方法

说明书

本发明申请属于晶体制备技术领域，具体公开了一种利用硼酸盐助熔剂生长二氧化铀晶体的方法，包括以下步骤：(1)助熔剂Li₅U(BO₃)₃通过化学计量比的Li₂CO₃、H₃BO₃和UO₂粉末进行混合研磨3h；(2)将步骤(1)中的混合粉末装入铂金坩埚中，通过三段温度烧结；(3)将助熔剂Li₅U(BO₃)₃与UO₂按摩尔比83mol％:17mol％配料，充分混合研磨后，装入铂金坩埚中，通Ar/5％H₂，放置管式电阻炉中，升温至1235℃，利用Li₅U(BO₃)₃助熔剂将UO₂溶解，体系达到熔融态，通过缓慢冷却来达到过饱和度驱动晶体生长，得到UO₂晶体。本方案主要用于制备二氧化铀晶体，解决了现有熔体法难以生长超高熔点二氧化铀晶体的问题。

技术领域

本发明属于晶体制备技术领域，具体公开了一种利用硼酸盐助熔剂生长二氧化铀晶体的方法。

背景技术

二氧化铀具有半导体性质，电阻率随温度升高而下降。由于二氧化铀具有受强辐照时不发生异性变形、在高温下晶格结构不变、不挥发和不与水发生化学反应等特性，已广泛用于制造反应堆燃料元件。

二氧化铀是铀-氧体系中的热力学稳定态之一，属于立方晶系，面心立方结构(萤石型，空间群Fm3m)，a＝547pm。在100℃下，热导率为0.09W/cm℃。在室温下可与盐酸、硫酸、硝酸缓慢反应，易溶于硝酸，生成亮黄色的UO₂(NO₃)₂溶液。不溶于水和碱，但溶于含过氧化氢的碱或碳酸盐溶液，生成过铀酸盐。空气中室温下较稳定，加热至200℃以上500℃以下时被氧化为UO₃，500℃以上被氧化成U₃O₈。二氧化铀是原子能电站中轻水堆、重水堆和快中子增殖堆的铀燃料形式，是一种稳定的陶瓷燃料。在铀工艺中，二氧化铀是一种重要的中间产物，是干法生产四氟化铀的原料。可通过用氢气还原三氧化铀或八氧化三铀的方法来制备，也可通过三碳酸铀酰铵(NH₄)₄[UO₂(CO₃)₃]直接煅烧还原制得。它是动力反应堆中广泛使用的核燃料，又是干法制备四氟化铀的重要原料。

二氧化铀在常温下为稳定的多晶态。二氧化铀单晶不仅是研究核燃料高温核反应特性的极佳材料形态，而且是优异的功能材料，在太阳能、热电、半导体器件等领域有着巨大的应用潜力。由于其熔点高达2878℃，现有熔体法生长技术难以获得二氧化铀晶体。助溶剂可以大大降低晶体生长温度，有助于解决二氧化铀晶体制备问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用硼酸盐助熔剂生长二氧化铀晶体的方法，以解决现有熔体法生长技术难以获得二氧化铀晶体的问题。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：一种利用硼酸盐助熔剂生长二氧化铀晶体的方法，(1)Li₅U(BO₃)₃助熔剂通过化学计量比的Li₂CO₃、H₃BO₃和 UO₂粉末进行混合研磨3h；

(2)将步骤(1)中的混合粉末装入铂金坩埚中，将铂金坩埚密封，在 Ar/5％H₂气氛下通过三段温度烧结而成；第一段烧结温度为500℃下烧结12h，第二段烧结温度为800℃下烧结12h，第三段烧结温度为1250℃下烧结2h，降温后取出混合物，研磨后得到Li₅U(BO₃)₃助熔剂；