[发明专利]一种陶瓷化的钛酸锶同位素燃料芯块的制备方法

说明书

本发明公开了一种陶瓷化的钛酸锶同位素燃料芯块的制备方法，该方法以碳酸锶和二氧化钛为原料，采用高能球磨的方式对原料进行球磨混匀；球磨所得粉体直接装填于圆柱形的石墨模具中，采用热压的方式进行一次性烧结和成型，控制石墨模具压头的位移，即可得陶瓷化的钛酸锶同位素燃料芯块。本方法利用高能球磨机对原材料进行研磨、破碎，实现了原子级的均匀混合，可以有效降低烧结温度；再利用热压机一步完成了烧结与成型，方法简便、高效，不产生放射性废液。

技术领域

本发明属于同位素热源及电源技术领域，具体涉及一种陶瓷化的钛酸锶同位素燃料芯块的制备方法。

背景技术

同位素电源作为长寿命、生存能力强的电力供应系统，能够满足如航天及深海等极端环境使用需求。⁹⁰Sr是一种丰富的裂片产物，其半衰期为27.7年，伴随其衰变会产生热量，是一种长寿命的同位素电源燃料。目前，国内没有成熟的⁹⁰Sr同位素电源产品，相关的研究仍是空白，不具备相应的研制工艺及技术路线。钛酸锶具有熔点高、不溶水于的特点，是理想的同位素电源燃料的化学形式。作为同位素电源的能量来源，需要制备为块体状来提高自身的密度，以获得较高的热功率密度。通常，钛酸锶块体的制备采用冷压的方法，即首先获得钛酸锶粉体再对其进行冷压，最后进行陶瓷化烧结制备。冷压制备的芯块的理论密度低，且制备步骤繁琐，⁹⁰Sr具有放射性，对人员和设备具有较大的伤害。因此，进一步简化制备工艺过程是解决钛酸锶燃料芯块研制的关键。本发明拟采用对原材料进行热压处理的方式，一步获得陶瓷化的钛酸锶燃料芯块。相比冷压，热压具有步骤简单，可获得更高密度的钛酸锶芯块的优势。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提供一种陶瓷化的钛酸锶同位素燃料芯块的制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种陶瓷化的钛酸锶同位素燃料芯块的制备方法，其特征是：

(1)采用高能球磨的方式对碳酸锶和二氧化钛原料进行混匀；

(2)球磨所得粉体直接装填于石墨模具中；

(3)采用热压的方式进行一次性成型和烧结，即可得陶瓷化的钛酸锶同位素燃料芯块，其中，热压过程通过改变压头的位移距离来控制热源尺寸及密度。

其中，碳酸锶的化学纯度大于95％，锶同位素的丰度大于75％。

其中，球磨方法为干法球磨。

其中，球磨机的操作参数为：主盘转速为280～380rpm，传送比为2～4，球料比为15～25∶1，时间8～10h。

其中，石墨模具为圆柱形，采用上、下两端加压的方式。

其中，热压机的操作参数为：烧结温度800～1000℃，压力为1～2tN。

本发明的陶瓷化的钛酸锶同位素燃料芯块的制备方法以碳酸锶和二氧化钛为原料，采用高能球磨的方式对原料进行球磨混匀；球磨所得粉体直接装填于圆柱形的石墨模具中，采用热压的方式进行一次性烧结和成型，控制石墨模具压头的位移，即可得陶瓷化的钛酸锶同位素燃料芯块。本方法利用高能球磨机对原材料进行研磨、破碎，实现了原子级的均匀混合，可以有效降低烧结温度；再利用热压机一步完成了烧结与成型，方法简便、高效，不产生放射性废液。

本发明制备方法优点：采用本发明的制备放射性的钛酸锶同位素热源不产生放射性废液，方法简单、高效，一次性完成钛酸锶的合成与成型，通过控制压头位移实现热源的尺寸及密度的可控性。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细解释。

本发明陶瓷化的钛酸锶(⁹⁰Sr)同位素燃料芯块的制备方法包括如下步骤：