一种利用硼酸盐助熔剂生长二氧化铀晶体的方法技术

本发明专利技术申请属于晶体制备技术领域，具体公开了一种利用硼酸盐助熔剂生长二氧化铀晶体的方法，包括以下步骤：(1)助熔剂Li

【技术实现步骤摘要】
一种利用硼酸盐助熔剂生长二氧化铀晶体的方法
本专利技术属于晶体制备
，具体公开了一种利用硼酸盐助熔剂生长二氧化铀晶体的方法。
技术介绍
二氧化铀具有半导体性质，电阻率随温度升高而下降。由于二氧化铀具有受强辐照时不发生异性变形、在高温下晶格结构不变、不挥发和不与水发生化学反应等特性，已广泛用于制造反应堆燃料元件。二氧化铀是铀-氧体系中的热力学稳定态之一，属于立方晶系，面心立方结构(萤石型，空间群Fm3m)，a＝547pm。在100℃下，热导率为0.09W/cm℃。在室温下可与盐酸、硫酸、硝酸缓慢反应，易溶于硝酸，生成亮黄色的UO2(NO3)2溶液。不溶于水和碱，但溶于含过氧化氢的碱或碳酸盐溶液，生成过铀酸盐。空气中室温下较稳定，加热至200℃以上500℃以下时被氧化为UO3，500℃以上被氧化成U3O8。二氧化铀是原子能电站中轻水堆、重水堆和快中子增殖堆的铀燃料形式，是一种稳定的陶瓷燃料。在铀工艺中，二氧化铀是一种重要的中间产物，是干法生产四氟化铀的原料。可通过用氢气还原三氧化铀或八氧化三铀的方法来制备，也可通过三碳酸铀酰铵(NH4)4[UO2(CO3)3]直接煅烧还原制得。它是动力反应堆中广泛使用的核燃料，又是干法制备四氟化铀的重要原料。二氧化铀在常温下为稳定的多晶态。二氧化铀单晶不仅是研究核燃料高温核反应特性的极佳材料形态，而且是优异的功能材料，在太阳能、热电、半导体器件等领域有着巨大的应用潜力。由于其熔点高达2878℃，现有熔体法生长技术难以获得二氧化铀晶体。助溶剂可以大大降低晶体生长温度，有助于解决二氧化铀晶体制备问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种利用硼酸盐助熔剂生长二氧化铀晶体的方法，以解决现有熔体法生长技术难以获得二氧化铀晶体的问题。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案为：一种利用硼酸盐助熔剂生长二氧化铀晶体的方法，(1)Li5U(BO3)3助熔剂通过化学计量比的Li2CO3、H3BO3和UO2粉末进行混合研磨3h；(2)将步骤(1)中的混合粉末装入铂金坩埚中，将铂金坩埚密封，在Ar/5％H2气氛下通过三段温度烧结而成；第一段烧结温度为500℃下烧结12h，第二段烧结温度为800℃下烧结12h，第三段烧结温度为1250℃下烧结2h，降温后取出混合物，研磨后得到Li5U(BO3)3助熔剂；(3)将助熔剂Li5U(BO3)3与UO2按摩尔比83mol％:17mol％配料，充分混合研磨后，装入铂金坩埚中，通Ar/5％H2，放置管式电阻炉中，升温至1235℃，利用Li5U(BO3)3助熔剂将UO2溶解，体系达到熔融态，通过缓慢冷却来达到过饱和度驱动晶体生长，得到UO2晶体。进一步，步骤(1)中Li2CO3纯度为99.99％，H3BO3纯度为99.99％，UO2纯度为99.99％。进一步，步骤(3)中铂金坩埚厚度为1mm，尺寸为Ф40×H40mm。进一步，步骤(3)中管式电阻炉炉膛垂直温度梯度小于1℃/cm，以保持熔体的温度分布尽可能均匀一致。进一步，步骤(3)中熔料温度为1235℃，保温24h，以使原料充分熔融，UO2充分溶解于助熔剂中，使熔体充分均匀化。进一步，步骤(3)中升温至1235℃保温24h后，以0.2℃/h的降温速率缓慢降温，降温至1160℃，其间熔体达到过饱和，并使晶体析出，再以7℃/h降温速率降温至800℃，最后缓慢冷却至室温。本技术方案的工作原理及本技术方案的有益效果在于：(1)本方案中，UO2熔点2878℃，现有熔体法生长技术需要在2900以上高温下生长晶体，选择硼酸盐作助熔剂，可以在1200℃左右就可以获得UO2晶体，显著降低了UO2晶体生长温度。(2)现有熔体法生长没有满足要求的坩埚，采用硼酸盐作为助熔剂，降低了生长温度，铂金等坩埚可以使用，生长难度显著降低，有利于晶体产业化。具体实施方式下面通过具体实施方式进一步详细说明：本专利技术中，一种利用硼酸盐助熔剂生长二氧化铀晶体的方法，包括以下步骤：(1)助熔剂Li5U(BO3)3通过化学计量比的Li2CO3、H3BO3和UO2粉末进行混合研磨3h；本实施例中Li2CO3纯度为99.99％，H3BO3纯度为99.99％，UO2纯度为99.99％。(2)将步骤(1)中的混合粉末装入铂金坩埚中，铂金坩埚厚度为1mm，尺寸为Ф40×H40mm。将铂金坩埚密封，在Ar/5％H2气氛下通过三段温度烧结而成；第一段烧结温度为500℃下烧结12h，第二段烧结温度为800℃下烧结12h，第三段烧结温度为1250℃下烧结2h，降温后取出混合物，研磨后得到Li5U(BO3)3助熔剂；(3)将助熔剂Li5U(BO3)3与UO2按摩尔比83mol％:17mol％配料，充分混合研磨后，装入铂金坩埚中，通Ar/5％H2，放置管式电阻炉中，升温至1235℃，管式电阻炉炉膛垂直温度梯度小于1℃/cm，以保持熔体的温度分布尽可能均匀一致。利用Li5U(BO3)3助熔剂将UO2溶解，体系达到熔融态，熔料温度为1235℃，保温24h，以使原料充分熔融，UO2充分溶解于助熔剂中，使熔体充分均匀化。升温至1235℃保温24h后，以0.2℃/h的降温速率缓慢降温，降温至1160℃，其间熔体达到过饱和，并使晶体析出，再以7℃/h降温速率降温至800℃，最后缓慢冷却至室温。通过缓慢冷却来达到过饱和度驱动晶体生长，得到UO2晶体。将得到的UO2晶体与Li5U(BO3)3助熔剂剥离铂金坩埚，通过稀盐酸溶解Li5U(BO3)3助熔剂，得到UO2单晶。以上所述的仅是本专利技术的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前专利技术所属
所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本专利技术结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本专利技术的保护范围，这些都不会影响本专利技术实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用硼酸盐助熔剂生长二氧化铀晶体的方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)助熔剂Li

【技术特征摘要】
1.一种利用硼酸盐助熔剂生长二氧化铀晶体的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)助熔剂Li5U(BO3)3剂通过化学计量比的Li2CO3、H3BO3和UO2粉末进行混合研磨3h；
(2)将步骤(1)中的混合粉末装入铂金坩埚中，将铂金坩埚密封，在Ar/5％H2气氛下通过三段温度烧结而成；第一段烧结温度为500℃下烧结12h，第二段烧结温度为800℃下烧结12h，第三段烧结温度为1250℃下烧结2h，降温后取出混合物，即为Li5U(BO3)3多晶，研磨后得到Li5U(BO3)3助熔剂，备用；
(3)将助熔剂Li5U(BO3)3与UO2按摩尔比83mol％:17mol％配料，充分混合研磨后，装入铂金坩埚中，通Ar/5％H2，放置管式电阻炉中，升温至1235℃，利用Li5U(BO3)3助熔剂将UO2溶解，体系达到熔融态，通过缓慢冷却来达到过饱和度驱动晶体生长，得到UO2晶体。


2.根据权利要求1所述的一种利用硼酸盐助熔剂生长二氧化铀晶体的方法，其特征在于，步骤(1)中Li2CO3纯度...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐家跃，潘芸芳，李志超，冯海威，周鼎，田甜，
申请(专利权)人：上海应用技术大学，
类型：发明
国别省市：上海;31