[发明专利]一种大晶粒高热导率二氧化铀燃料芯块的制备方法有效

专利信息
申请号: 201711019496.7 申请日: 2017-10-27
公开(公告)号: CN107871540B 公开(公告)日: 2019-07-02
发明(设计)人: 杨振亮;李冰清;高瑞;贾建平;唐浩;段丽美;刘徐徐;钟毅;黄奇奇;王志毅 申请(专利权)人: 中国工程物理研究院材料研究所
主分类号: G21C3/58 分类号: G21C3/58
代理公司: 成都众恒智合专利代理事务所(普通合伙) 51239 代理人: 王育信
地址: 621700 四*** 国省代码: 四川;51
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摘要: 发明公开了一种大晶粒高热导率二氧化铀燃料芯块的制备方法,利用滚动包覆方法将热导率增强相粉末均匀的包覆到球形度良好的UO2‑晶粒生长助剂复合物小球表面,得到包覆颗粒,再将该包覆颗粒进行成形与高温气氛烧结,使UO2晶粒在晶粒生长助剂的作用下长大,同时使包覆在UO2颗粒表面的热导率增强相在高温下液化后相互连通形成三维网络结构,并与UO2基体形成特殊的三维网络结构UO2核燃料芯块。该方法制备得到的增强型UO2燃料芯块热导率明显优于纯UO2,同时UO2晶粒尺寸显著大于传统UO2芯块,耐高温和辐照稳定性能优异,可显著改善反应堆及燃料系统的安全水平。
搜索关键词: 一种 晶粒 高热 导率二 氧化 燃料 制备 方法
【主权项】:
1.一种大晶粒高热导率二氧化铀燃料芯块的制备方法,其特征在于,利用滚动包覆方法将热导率增强相粉末均匀的包覆到球形度良好的UO2‑晶粒生长助剂复合物小球表面,得到包覆颗粒,再将该包覆颗粒进行成形与高温气氛烧结,使UO2晶粒在晶粒生长助剂的作用下长大,同时使包覆在UO2颗粒表面的热导率增强相在高温下液化后相互连通形成三维网络结构,并与UO2基体形成特殊的三维网络结构UO2核燃料芯块;具体包括以下步骤:(1)将UO2‑晶粒生长助剂复合物小球装入混合包覆设备中,添加5~20vol.%的热导率增强相微粉,0.05~0.5wt.%的第一润滑剂,进行混合包覆0.5~4小时,得到热导率增强相在UO2‑晶粒生长助剂复合物小球表面包覆均匀的包覆颗粒;(2)将包覆颗粒压制成密度为5.0~7.0g/cm3的核燃料芯块素坯;(3)在以下任意一种气氛下对核燃料芯块素坯进行低温脱脂和高温烧结,并进行冷却,得到具有三维网络结构的大晶粒高热导率UO2燃料芯块:(a)纯氢气气氛;(b)氢气与0.5~5vol%二氧化碳混合气气氛;(c)氢气与0.5~10vol%水蒸气混合气气氛;上述低温脱脂温度为400~800℃,保温时间0.5~6小时;高温烧结温度为1600~1900℃,保温时间1~10小时;所述UO2‑晶粒生长助剂复合物小球由以下步骤制成:A、将UO2粉末与0.1~5wt.%的晶粒生长助剂、0.05~0.5wt.%的第二润滑剂混合6~24小时,得到UO2粉末与晶粒生长助剂的混合物粉末;B、将混合物粉末在100~800MPa压力下压制成UO2‑晶粒生长助剂混合物预压坯;将该预压坯经破碎、过筛后得到粒径8~300目的UO2‑晶粒生长助剂复合颗粒;C、将UO2‑晶粒生长助剂复合颗粒研磨球化4~24小时,得到UO2‑晶粒生长助剂复合物小球。
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