[发明专利]一种基于流延成型的FCM燃料芯块制备方法

说明书

本发明公开了一种基于流延成型的FCM燃料芯块制备方法，包括配制SiC流延浆料，往SiC流延浆料加入TRISO燃料颗粒，制得单层FCM燃料生带，将单层FCM燃料生带叠层，裁切制得芯块生坯，对芯块生坯进行冷等静压和排胶，制得定型的半制品芯块，对半制品芯块烧结，制得FCM燃料芯块。本发明实现了生产成本低、周期短的FCM燃料芯块的制备，避免FCM燃料芯块工作时因为温度分布不均匀对燃料芯块完整性有害，提高了FCM燃料的经济性，提高了核反应堆的安全性，有利于实现产业化。

技术领域

本发明涉及核燃料制备技术领域，具体为一种基于流延成型的FCM燃料芯块制备方法。

背景技术

在商业压水堆核电站中，其所使用的核燃料通常是使用锆合金作为包壳材料，正常运行时锆合金的综合性能足以满足使用要求，但是一旦发生事故导致环境温度过高，锆合金的性能会严重退化，而且会发生锆水反应产生氢，可能会导致发生爆炸，造成灾难性的后果。

福岛事故发生后，为了提高核电站的安全性、可靠性和降低运行成本，新一代燃料概念事故容错燃料（ATF)应运而生，该燃料显著提升了对事故的承受能力，可以有效减小在事故工况下发生氢爆的概率，同时在正常运行时保持良好的性能，全陶瓷微封装燃料（FCM）就是其中一种。

FCM燃料主要由TRISO燃料颗粒和SiC基陶瓷组成，SiC基体具有良好的导热性、抗辐射损伤性、环境稳定性和抗扩散性。此外，将TRISO颗粒包裹在致密的SiC基体中为裂变产物的释放提供了多重障碍。

目前的FCM燃料主要是由弥散在SiC基体中的TRISO燃料颗粒通过热压制成的。为了更高效的制备FCM燃料，科研工作者研究了多种制备方法。

如文献《Ang C, Singh G,Snead L , et al. Preliminary study of sinteringzero‐rupture Fully Ceramic Microencapsulated (FCM) fuel[J]. InternationalJournal of Applied Ceramic Technology, 2019》中，作者采用将SiC与Al₂O₃、Y₂O₃、PEI混合，经过干燥、去团聚，形成带有凹痕圆形生坯，再将TRISO颗粒填入凹痕中，之后将生坯堆叠并烧结制备FCM芯块。这种方法制备的FCM芯块密度较高，避免TRISO颗粒发生破裂。但是这种制备方法步骤复杂，难以实现产业化。

又如文献《Kim H M , Kim Y W , Lim K Y . Pressureless sintered siliconcarbide matrix with a new quaternary additive for fully ceramicmicroencapsulated fuels[J]. Journal of the European Ceramic Society, 2019, 39(14)》中，作者将SiC与AlN、Y₂O₃、Sc₂O₃、MgO混合，经过球磨、干燥和过筛获得基体粉末，然后用基体粉末分别压制没有TRISO颗粒的外壳和有涂层的TRISO颗粒与基体粉末混合的芯体。再把外壳与芯体组装在一起，后采用无压烧结制备FCM芯块。FCM芯块的TRISO颗粒体积分数较低，TRISO颗粒分布不均匀，SiC基体中残留的气孔较多，可能会影响FCM芯块的工作性能。