一种球形燃料元件球坯的制备方法技术

本发明专利技术实施例涉及一种球形燃料元件球坯的制备方法，该制备方法包括以下步骤：将橡胶模具放在压制设备的模腔中，并且所述橡胶模具中装满基体石墨粉和位于基体石墨粉中心部位的穿衣颗粒，在压制设备中进行预压获得预压体；将从橡胶模具中取出的预压体真空密封包装，获得经过真空包装的单独预压体；将真空包装后的单独预压体放入等静压机的液缸内，进行等静压压制。本制备方法采用等静压压制的方式简单便捷，一次压制可制备多个球坯，并且在压制过程中球坯受力均匀，产品性能均一。

【技术实现步骤摘要】
一种球形燃料元件球坯的制备方法
本专利技术涉及核能材料制备领域，具体涉及一种球形燃料元件球坯的制备方法。
技术介绍
球床式高温气冷堆因其固有的安全性、经济性被世人公认为最先进的核反应堆之一。该堆型所用的燃料为球形燃料元件，其球坯成型目前采用的方式是准等静压压制工艺，该工艺利用橡胶材料在高压下具有近似流体的特性进行压制，其过程是将装有穿衣颗粒和基体石墨粉的橡胶模具放入准等静压压机的模腔中，按设定的程序和工艺参数进行一次压制成型。但此种工艺由于是准等静压压制的方式，模具中球坯的不同位点受力相对不均匀；另外，在这种压制方式中为了防止球坯在压制的过程中开裂，要将装有穿衣颗粒和基体石墨粉的模具抽真空，即在准等静压压机中对模具内基体石墨粉和穿衣颗粒周围的气体抽真空，比较难完成；再有，在这种生产工艺中，一个压机内只能放置一个模具，一个循环只能压制一个球坯，生产效率不能满足球形燃料元件规模化生产的需要。公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
技术实现思路
专利技术目的为进一步改善球形燃料元件性能，并且适应球形燃料元件规模化生产和提高元件生产效率的需要，本专利技术的目的在于提供一种球形燃料元件球坯的制备方法，该制备方法采用等静压压制的方式，在压制过程中球坯受力均匀，使得球形燃料元件的性能得到改善；并且该制备方法简单便捷，避免了在准等静压压机中对模具内基体石墨粉和穿衣颗粒周围的气体抽真空的步骤，一次压制可制备多个球坯，且其余步骤也可以批量化生产。解决方案为实现本专利技术目的，本专利技术实施例提供了以下技术方案：一种球形燃料元件球坯的制备方法，包括以下步骤：将橡胶模具放在压制设备的模腔中，并且所述橡胶模具中装满基体石墨粉和位于基体石墨粉中心部位的穿衣颗粒，在压制设备中进行预压获得预压体；将从橡胶模具中取出的预压体真空密封包装，获得经过真空包装的单独预压体；将真空包装后的单独预压体放入等静压机的液缸内，进行等静压压制。上述制备方法在一种可能的实现方式中，进行等静压压制时要将等静压机先升压至设定压力，经过保压、泄压至常压的步骤进行压制，其中：等静压压制时的设定压力为150MPa-300MPa，可选为160MPa-280MPa，进一步可选为220MPa-260MPa。上述制备方法在一种可能的实现方式中，等静压压制时升压至设定压力的时间为1min-20min；可选地为1min-10min；进一步可选地为1min-5min。上述制备方法在一种可能的实现方式中，等静压压制时保压时间为5s-10min，可选地为5s-6min，进一步可选地为1min-5min。上述制备方法在一种可能的实现方式中，等静压压制时的泄压为先慢速泄压，再快速泄压；其中：慢速泄压时间为1min-10min，快速泄压时间为2s-100s；可选地慢速泄压时间为1min-7min，快速泄压时间为10-100s。上述制备方法在一种可能的实现方式中，等静压压制是在常温-100℃的条件下进行的。上述制备方法在一种可能的实现方式中，进行预压时要将压制设备升压至设定压力，经过保压、泄压至常压的步骤制备预压，其中：预压成型的设定压力为13kg/cm3-300kg/cm3，可选为15kg/cm3-250kg/cm3。上述制备方法在一种可能的实现方式中，预压成型时升压至设定压力的时间≤5s。上述制备方法在一种可能的实现方式中，预压成型的压制方式包括单向压制、双向压制或等静压压制中的任一种。预压时由于设定压力较低，所以可采用的压制方式较为多样，单向压制、双向压制或等静压压制均可，预压成型时所采用的压制设备根据压制方式在现有设备中进行选择即可。上述制备方法在一种可能的实现方式中，预压成型时的保压时间为1s-20s，可选为5s-10s。上述制备方法在一种可能的实现方式中，所述预压成型时的泄压为先慢速泄压，再快速泄压；其中：所述慢速泄压时间为5s-30s，可选地为5s-15s；所述快泄时间为1s-20s，可选地为1s-5s。上述制备方法在一种可能的实现方式中，真空密封时的真空度≥600Pa；可选≥300Pa。上述制备方法在一种可能的实现方式中，球形燃料元件包括适用于高温气冷堆的球形燃料元件。上述制备方法在一种可能的实现方式中，真空包装后的预压体分层放置在等静压机的液缸内，所述分层的层数1-3层。上述制备方法在一种可能的实现方式中，等静压压制之后进行包装物表面水分的干燥和包装物的去除。上述制备方法在一种可能的实现方式中，所述包装物表面水分的干燥包括以下步骤：采用强流风干燥设备，采用四段三翻的工艺，干燥温度在0-75℃，可选为室温；风机的流量不低于1200m3/hr，风压在400～700Pa，风机转速不小于1450r/min，5分钟内完成干燥。上述制备方法在一种可能的实现方式中，所述包装物的去除包括以下步骤：干燥后的包装物，单层排布在自动拆装设备的物料运输带上，并对每个产品自动定位后，从四周将密封部分切除，并自动收集切除后包装物。上述制备方法在一种可能的实现方式中，热封温度为80-200℃；热封时间为0.5-2s，可选不大于1.5s；热封压强为0.05-0.7MPa。有益效果1、本专利技术实施例球形燃料元件球坯的制备方法中，各个经过真空包装的单独预压体相互独立的存在于等静压压制设备中，直接并均匀地受到来自各个方向的压力，从而使球坯受力均匀，产品性能更好、更均一。2、本专利技术实施例球形燃料元件球坯的制备方法中，取消了在准等静压压制设备中对模具内基体石墨粉和穿衣颗粒周围的气体抽真空的步骤，而是采用对基体石墨粉(即无燃料区)和位于基体石墨粉中心部位的穿衣颗粒(即燃料区)进行预压后、进行真空密封包装后再进行等静压压制的方法。在本专利技术实施例的方法中，一方面，抽真空的对象发生了变化，由在压制设备中对模具内基体石墨粉和穿衣颗粒周围的气体抽真空，变为在外界对包装袋内预压体周围存在的气体抽真空，抽真空的对象改变，使得抽真空的难度也大大降低，时间大大减少，可以批量化操作，从而使生产效率大幅度提高；另一方面，抽真空的目的也发生了变化，在现有准等静压工艺抽真空是为了防止成型时压制体的不均匀变形以及压制时在球体内部形成结构缺陷致使泄压时引起球体开裂，是在压机的模腔中进行的；等静压抽真空是在真空包装设备的真空热封区进行的，设备简单，容易操作，目的是排除在成型过程中，形成的气流引起球开裂。另外，预压、抽真空和包装袋拆封均可以批量化操作，从而使生产效率大幅度提高。3、本专利技术实施例球形燃料元件球坯的制备方法中，通过对以下参数的选择，获得了更高的生产效率并获得性能更好、更均一的产品性能：(1)等静压压制时的压制压力会影响到密度、强度、导热等产品性能，压制压力过小，产品的密度低、强度小、导热性能不好，将不符合球形燃料元件的技术要求；等静本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种球形燃料元件球坯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n将橡胶模具放在压制设备的模腔中，并且所述橡胶模具中装满基体石墨粉和位于基体石墨粉中心部位的穿衣颗粒，在压制设备中进行预压获得预压体；/n将从橡胶模具中取出的预压体真空密封包装，获得经过真空包装的单独预压体；/n将真空包装后的单独预压体放入等静压机的液缸内，进行等静压压制。/n

【技术特征摘要】
1.一种球形燃料元件球坯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将橡胶模具放在压制设备的模腔中，并且所述橡胶模具中装满基体石墨粉和位于基体石墨粉中心部位的穿衣颗粒，在压制设备中进行预压获得预压体；
将从橡胶模具中取出的预压体真空密封包装，获得经过真空包装的单独预压体；
将真空包装后的单独预压体放入等静压机的液缸内，进行等静压压制。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：进行等静压压制时要将等静压机先升压至设定压力，经过保压、泄压至常压的步骤进行压制，其中：等静压压制时的设定压力为150MPa-300MPa，可选为160MPa-280MPa，进一步可选为220MPa-260MPa。


3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：等静压压制时升压至设定压力的时间为1min-20min；可选地为1min-10min；进一步可选地为1min-5min；
和/或，等静压压制时保压时间为5s-10min，可选地为5s-6min，进一步可选地为1min-5min；
和/或，上述制备方法在一种可能的实现方式中，等静压压制时的泄压为先慢速泄压，再快速泄压；其中：慢速泄压时间为1min-10min，快速泄压时间为2s-100s；可选地慢速泄压时间为1min-7min，快速泄压时间为10-100s。

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【专利技术属性】
技术研发人员：张杰，刘兵，卢振明，周湘文，宋晶，刘世福，王磊，唐亚平，唐春和，张作义，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11