[发明专利]二氧化铀-石墨烯燃料芯块及其制备方法

说明书

本发明公开了一种二氧化铀‑石墨烯燃料芯块及其制备方法，制备方法包括：S1、将重铀酸铵粉末在高温下煅烧，使重铀酸铵转化成U₃O₈；S2、用浓硝酸将U₃O₈溶解，获得缺酸硝酸铀酰溶液；S3、将获得的缺酸硝酸铀酰溶液制成溶胶溶液；S4、制备石墨烯悬浮液；S5、将溶胶溶液和石墨烯悬浮液混合，形成混合液；S6、将混合液进行加热使凝胶化，形成含水的铀化物‑石墨烯混合物凝胶；S7、将含水的铀化物‑石墨烯混合物凝胶进行洗涤并晾干，获得凝胶粉末；S8、依次将凝胶粉末进行干燥煅烧，还原烧结，获得二氧化铀‑石墨烯复合粉末；S9、致密化烧结，制得二氧化铀‑石墨烯燃料芯块。本发明的制备方法，提高燃料芯块的成分均匀性和热导率。

技术领域

本发明涉及核燃料技术领域，尤其涉及一种二氧化铀-石墨烯燃料芯块及其制备方法。

背景技术

UO₂具有熔点高、化学稳定性好、抗辐照性能强等优点，被广泛用于核电燃料。然而，UO₂陶瓷芯块的导热系数低，制成的燃料棒在服役过程中温差大，降低了燃料元件的耐事故容错能力。在芯块基体中添加一定体积含量的石墨烯相，可提高燃料芯块的导热系数。但是，由于石墨烯颗粒和UO₂颗粒物理性能差异大，很容易发生团聚，导致粉末均匀性差。此外，石墨烯和UO₂在1300℃以上易发生反应，阻碍芯块致密。

目前，国内外一些关于炭黑C-UO₂或金刚石C-UO₂制备方面的文献多是涉及传统的粉末冶金制备方法。将C粉末与UO₂粉末机械混合，然后采用SPS烧结，可以降低烧结温度，减少C与UO₂的化学反应，但粉末均匀性不理想。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种提高成分均匀性、提升燃料芯块热导率的二氧化铀-石墨烯燃料芯块的制备方法以及制得的二氧化铀-石墨烯燃料芯块。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种二氧化铀-石墨烯燃料芯块的制备方法，包括以下步骤：

S1、将重铀酸铵粉末在高温下煅烧，使所述重铀酸铵转化成U₃O₈；

S2、用浓硝酸将所述U₃O₈溶解，获得缺酸硝酸铀酰溶液；

S3、将获得的所述缺酸硝酸铀酰溶液制成溶胶溶液；

S4、制备石墨烯悬浮液；

S5、将所述溶胶溶液和石墨烯悬浮液混合，在低温下搅拌，形成混合液；

S6、将所述混合液进行加热使凝胶化，形成含水的铀化物-石墨烯混合物凝胶；

S7、将所述含水的铀化物-石墨烯混合物凝胶进行洗涤并晾干，获得凝胶粉末；

S8、依次将所述凝胶粉末进行干燥煅烧，还原烧结，获得二氧化铀-石墨烯复合粉末；

S9、将二氧化铀-石墨烯复合粉末进行致密化烧结，制得二氧化铀-石墨烯燃料芯块。

优选地，步骤S1中，将所述重铀酸铵粉末在800℃～900℃下煅烧2～4小时，使所述重铀酸铵转化成U₃O₈。

优选地，步骤S2中，所述U₃O₈和浓硝酸的质量比例为1:1.35-1.45；

在所述U₃O₈溶解于浓硝酸后，过滤，获得的滤液即为缺酸硝酸铀酰溶液。

优选地，步骤S3中，在所述缺酸硝酸铀酰溶液中加入尿素以及六次甲基四胺或氨水，溶解完全后形成溶胶溶液；