The invention discloses a rapid preparation method of uranium dioxide/nano-diamond nuclear fuel pellets and their products, belonging to the field of energy and composite materials, especially in the field of powder metallurgy, aiming at solving the problems of poor thermal conductivity of existing ceramic-type uranium dioxide (UO2) pellets and difficulty in meeting the safety requirements of nuclear power plants. The invention uses powder metallurgy technology to prepare uranium dioxide/nano-diamond nuclear fuel pellets with three-dimensional network structure, improves the thermal conductivity of uranium dioxide nuclear fuel, and ensures the high temperature stability and irradiation stability of fuel pellets. The invention can effectively solve the above problems, greatly improve the safety of uranium dioxide nuclear fuel pellets, meet the needs of industrial large-scale production and application, has high application value and good application prospect, and is worthy of large-scale promotion and application.
【技术实现步骤摘要】
一种二氧化铀/纳米金刚石核燃料芯块的快速制备方法及其产品
本专利技术涉及能源及复合材料领域,尤其是粉末冶金领域,具体为一种二氧化铀/纳米金刚石核燃料芯块的制备方法。
技术介绍
目前,商用轻水反应堆应用最为成熟的核燃料为陶瓷型二氧化铀(UO2),其具有如下诸多优点:非裂变组合元素氧的热中子俘获截面低、熔点高,在化学和结构方面具有较高的辐照稳定性,以及制造费用较低等。然而,二氧化铀核燃料的显著缺点为导热性能差(300k热导率为7.7W/m.k),仅为金属铀的十几分之一。二氧化铀燃料芯块较差的导热性能直接影响核电站的安全性与经济性,而安全性与经济性事关核电产业的生存与发展,核燃料更是核电安全的关键和源头。2011年3月,日本福岛核电站事故的发生,从核安全角度揭露了二氧化铀核燃料低热导率的劣势。为此,从根本上提高核反应堆安全性能,抵御严重事故,有效缓解事故后果,保护公众和环境免于大规模放射性污染,提高二氧化铀核燃料芯块的热导率,成为亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于:针对现有的陶瓷型二氧化铀(UO2)芯块导热性能差,难以满足核电站安全性要求的问题,提供一种二氧化铀/纳米金刚石核燃料芯块的快速制备方法及其产品。本专利技术应用粉末冶金技术制备具有三维网状结构的二氧化铀/纳米金刚石核燃料芯块,在改善二氧化铀核燃料的热导率的同时,保证了燃料芯块的高温稳定性和辐照稳定性能。采用本专利技术能够有效解决前述问题,大幅提升二氧化铀核燃料芯块的安全性,能够满足工业化大规模生产应用的需求,具有较高的应用价值和较好的应用前景,值得大规模推广和应用。为了实现上述目的,本专利 ...
【技术保护点】
1.一种二氧化铀/纳米金刚石核燃料芯块的快速制备方法,其特征在于,包括如下步骤:(1)制备低密度多孔二氧化铀颗粒将二氧化铀粉装入硬质合金模具中,进行冷压预成形后,脱膜,得到二氧化铀素坯;将得到的二氧化铀素坯研磨破碎后,过不同目数范围的金属筛网,得到低密度多孔二氧化铀颗粒;(2)表面吸附按配比将步骤(1)制备的低密度多孔二氧化铀颗粒、纳米金刚石粉装入反应器中,不加任何研磨介质和磨球,并负压保护,同时置于球磨机上低速旋转;该过程中,纳米金刚石粉吸附于二氧化铀颗粒表面,形成微胞结构颗粒;(3)放电等离子体快速烧结致密化将步骤(2)制备的微胞结构颗粒装入石墨模具中,进行放电等离子体快速烧结致密化,得到二氧化铀/纳米金刚石初坯;将所得二氧化铀/纳米金刚石初坯脱模后,即得二氧化铀/纳米金刚石燃料芯块。
【技术特征摘要】
1.一种二氧化铀/纳米金刚石核燃料芯块的快速制备方法,其特征在于,包括如下步骤:(1)制备低密度多孔二氧化铀颗粒将二氧化铀粉装入硬质合金模具中,进行冷压预成形后,脱膜,得到二氧化铀素坯;将得到的二氧化铀素坯研磨破碎后,过不同目数范围的金属筛网,得到低密度多孔二氧化铀颗粒;(2)表面吸附按配比将步骤(1)制备的低密度多孔二氧化铀颗粒、纳米金刚石粉装入反应器中,不加任何研磨介质和磨球,并负压保护,同时置于球磨机上低速旋转;该过程中,纳米金刚石粉吸附于二氧化铀颗粒表面,形成微胞结构颗粒;(3)放电等离子体快速烧结致密化将步骤(2)制备的微胞结构颗粒装入石墨模具中,进行放电等离子体快速烧结致密化,得到二氧化铀/纳米金刚石初坯;将所得二氧化铀/纳米金刚石初坯脱模后,即得二氧化铀/纳米金刚石燃料芯块。2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤1中,冷压预成形的压力为80MPa~550MPa,保压时间0.5min~15min。3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤1中,多孔二氧化铀颗粒密度为3.51g/cm3~6.03g...
【专利技术属性】
技术研发人员:程亮,张鹏程,高瑞,杨振亮,李冰清,褚明福,刘朋闯,严彪杰,段丽美,王志毅,刘徐徐,钟毅,黄奇奇,
申请(专利权)人:中国工程物理研究院材料研究所,
类型:发明
国别省市:四川,51
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