[发明专利]一种均匀化的包覆颗粒弥散燃料及其制备方法

权利要求书

1.一种均匀化的包覆颗粒弥散燃料，其特征在于，所述均匀化的包覆颗粒弥散燃料包括基体材料、穿衣的TRISO包覆燃料颗粒和一系列碳化硅圆柱筒体；其中：

所述基体材料是通过向纳米级碳化硅粉末中添加助烧剂，混合均匀后烘干并筛分制得；

所述穿衣的TRISO包覆燃料颗粒通过在TRISO包覆燃料颗粒表面涂覆碳化硅层得到；

所述一系列碳化硅圆柱筒体采用化学气相沉积法或者碳化硅粉末烧结工艺制备；

所述均匀化的包覆颗粒弥散燃料为圆柱体，是将所述穿衣后的TRISO包覆燃料颗粒、基体材料混合搅拌均匀后，形成的混合浆料填充入安装在石墨模具底部环形凹槽中的所述一系列碳化硅圆柱筒体与石墨模具形成的间隙空间内，再加压烧结制得。

2.根据权利要求1所述的一种均匀化的包覆颗粒弥散燃料，其特征在于，所述助烧剂为氧化物，所述混合均匀的方法为利用有机溶剂作为分散剂，采用湿法球磨工艺将所述纳米级碳化硅粉末和助烧剂混合均匀。

3.根据权利要求1所述的一种均匀化的包覆颗粒弥散燃料，其特征在于，所述碳化硅层为所述基体材料与粘性有机溶剂的混合物。

4.根据权利要求1所述的一种均匀化的包覆颗粒弥散燃料，其特征在于，所述化学气相沉积法在甲基三氯硅烷氛围中进行，所述化学气相沉积法或者碳化硅粉末烧结工艺的温度高于1600℃。

5.根据权利要求1所述的一种均匀化的包覆颗粒弥散燃料，其特征在于，所述一系列碳化硅圆柱筒体的半径成等差数列，所述等差数列的公差与最小的碳化硅圆柱筒体直径相等。

6.根据权利要求5所述的一种均匀化的包覆颗粒弥散燃料，其特征在于，所述最小的碳化硅圆柱筒体直径大于所述穿衣后的TRISO包覆燃料颗粒直径，最大的碳化硅圆柱筒体的半径为所述均匀化的包覆颗粒弥散燃料圆柱体的半径。

7.根据权利要求1所述的一种均匀化的包覆颗粒弥散燃料，其特征在于，所述一系列碳化硅圆柱筒体的壁厚小于0.25mm。

8.根据权利要求1所述的一种均匀化的包覆颗粒弥散燃料，其特征在于，所述加压烧结的温度高于1600℃。

9.一种根据权利要求1-8任一项所述的均匀化的包覆颗粒弥散燃料制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

（1）制备基体材料：向纳米级碳化硅粉末中添加助烧剂，混合均匀后烘干并筛分，作为包覆颗粒弥散燃料的基体材料；

（2）制备穿衣后的TRISO包覆燃料颗粒：在TRISO包覆燃料颗粒表面涂覆碳化硅层，得到穿衣后的TRISO包覆燃料颗粒；

（3）制备一系列碳化硅圆柱筒体：采用在甲基三氯硅烷氛围中化学气相沉积法，或者碳化硅粉末烧结工艺，所述化学气相沉积法或者碳化硅粉末烧结工艺的温度高于1600℃，制备出一系列碳化硅圆柱筒体；

（4）石墨模具装料并压实：将所述一系列碳化硅圆柱筒体安装入石墨模具底部的环形凹槽中，并将所述穿衣后的TRISO包覆燃料颗粒、基体材料混合搅拌均匀后，形成的混合浆料填充入所述一系列碳化硅圆柱筒体与石墨模具形成的间隙空间内，再采用相配合的石墨压头将所述间隙空间压实；

（5）加压烧结：将步骤（4）中压实了间隙空间的石墨模具和石墨压头整体送入烧结设备内，在高于1600℃的温度下加压烧结，烧结时石墨压头维持压力50~100MPa，烧结时需要保温30~60min；

（6）脱模，机加工去除所述一系列碳化硅圆柱筒体超出圆柱基体的部分，制得圆柱状均匀化的包覆颗粒弥散燃料。

10.根据权利要求9所述的一种均匀化的包覆颗粒弥散燃料制备方法，其特征在于，所述助烧剂为氧化物。

11.根据权利要求9所述的一种均匀化的包覆颗粒弥散燃料制备方法，其特征在于，所述涂覆碳化硅层是将所述基体材料与粘性有机溶剂的混合物以喷涂的方式涂覆在TRISO包覆燃料颗粒表面形成碳化硅层。