[发明专利]一种用于钚-238燃料芯块热压制备的石墨模具

说明书

本发明公开了一种用于钚‑238燃料芯块热压制备的石墨模具，该模具所有部件均由石墨制成，包括上下对称设置的压盖和压头、芯轴、加强套以及垫块；其中压头和加强套上设置螺旋槽，芯轴采用成型空隙率为15％～25％的石墨制成，压盖、压头和芯轴形成迷宫式密封结构，以上结构的设计避免了钚‑238燃料芯块热压制过程中粉体的外溢，降低了钚‑238燃料芯块生产对操作人员的危害；并将芯轴中钚‑238燃料粉体压制中排出的气体及时快速地导出，避免因气体被气流裹挟扩散到整个热压系统，对操作人员与实验任务的带来的安全隐患。利用本发明的模具可实现钚‑238燃料芯块的一次性热压制精密成型，为我国目前钚‑238燃料芯块的生产提高新的工具和方法。

技术领域

本发明涉及同位素热源、电源技术领域，具体涉及一种用于钚-238燃料芯块热压制备的石墨模具。

背景技术

同位素电源研制技术是随着国家航天事业快速发展而提出的一种新技术，利用钚-238作为核燃料的同位素电源因具有体积小、比功率高、使用寿命长、环境适用性强和可靠性高等特点而被广泛应用，多次为各类航天任务提供电能和热能。

钚-238燃料芯块是同位素电源的核心部件，电源的寿命、电功率、热功率等核心参数均与钚-238燃料芯块具有紧密的关系。当前我国主要采用冷压烧结工艺研制钚-238燃料芯块，由于冷压烧结工艺制备的钚-238燃料芯块表面易形成裂纹、均一性与稳定性较差，严重限制了我国目前同位素电源的自出生产以及在各类航天任务中的应用。

经研究发现，热压工艺压制的钚-238燃料芯块具有致密、稳定的优点，其压制流程为：首先将热处理后的钚-238燃料粉体装载于石墨模具内，然后再配合热压机完成芯块的精密成型，因此实现钚-238燃料芯块压制的关键为其石墨模具。由于钚-238燃料具有极强的毒性及放射性，因此现有的石墨模具均不能够满足钚-238燃料芯块压制的安全性要求，有必要研制适用于钚-238燃料芯块热压制用的石墨模具。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种用于钚-238燃料芯块热压制备的石墨模具，该模具设置压盖，并在压头及加强套上设置特殊的槽状导向结构，避免了钚-238燃料芯块热压制过程中粉体的外溢，并引导粉体压制过程中排出的气体及时快速导出，降低了钚-238燃料芯块生产对操作人员的危害。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：一种用于钚-238燃料芯块热压制备的石墨模具，所述模具的所有部件均由石墨制成，所述部件包括上下对称设置的压盖和压头、芯轴、加强套和垫块；

所述压盖包括上压盖和下压盖；上压盖和下压盖均为一端开口的空腔筒体；

所述压头包括上压头和下压头；

所述芯轴为空心圆筒，芯轴外侧设置凸台卡口；

所述加强套为中空筒体，加强套内表面设置缺口；

所述垫块为半开口的圆筒状；

上述各部件之间的连接关系为：上压头和下压头分别套在芯轴空心圆筒的两端，待压钚-238燃料位于芯轴空心圆筒内，且位于两个压头之间；上压盖和下压盖分别套在上压头和下压头的端部；加强套套在芯轴外侧，且芯轴外侧的凸台卡口嵌入加强套内表面的缺口中；垫块在模具装填钚-238燃料时，可拆卸地卡入加强套与下压盖之间。

优选的，所述芯轴利用平均粒度为3um～5um，成型空隙率为15％～25％的石墨制成。

优选的，所述上压头和下压头与被压粉体接触端面均为内凹圆弧状，且圆弧半径为1mm～4mm。

优选的，所述上压头和下压头的外表面开设有螺旋槽。

优选的，所述加强套内表面开设有螺旋槽。

优选的，所述螺旋槽的截面为三角形。