一种基于3D打印的棒状核燃料元件及其密封成形方法技术

本发明专利技术公开了一种基于3D打印的核燃料元件密封成形方法，属于核电技术领域，采用SiC作为燃料元件的包壳材料，通过3D打印方法和激光熔覆技术，在包壳和端塞间形成密封圈，包壳采用SiC陶瓷材料，SiC密封圈与SiC包壳形成良好的匹配，能保证包壳和端塞密封性能，降低燃料芯体的运行温度和堆芯储能，提高棒状核燃料元件的安全性。本发明专利技术设计合理，操作简便，密封圈与SiC包壳形成良好匹配，可有效提高棒状核燃料元件的密封性能。

【技术实现步骤摘要】
一种基于3D打印的棒状核燃料元件及其密封成形方法
本专利技术属于核电
，涉及一种基于3D打印的棒状核燃料元件及其密封成形方法。
技术介绍
核燃料元件是核电站的能量源泉，也是核反应堆的核心部件。燃料元件在反应堆内所处的环境条件为辐照场、温度场、速度场以及一定外压等，工作环境十分苛刻。对燃料元件包壳、端塞等结构材料来说，除辐照造成的损伤以外，还要承受芯体材料的尺寸变化而产生的应力、应变、腐蚀等。轻水反应堆是核电站的主要堆型，采用棒状核燃料元件。现役棒状核燃料元件由短圆柱状的燃料芯块、包壳、端塞、贮气腔压紧弹簧等构成。碳化硅是目前重要的功能结构陶瓷材料，具有耐高温、抗氧化、耐磨损和耐腐蚀等一系列优异性能，其密度仅有镍基高温合金的1/4～1/3，是未来核燃料元件包壳的重要材料。日本福岛事故后，对核燃料元件的安全性提出了更高的要求。现有技术中的棒状核燃料元件因包壳和端塞密封性能不好而严重影响棒状核燃料元件的安全性能，因此如何保证包壳和端塞密封性能，进而降低燃料芯体的运行温度和堆芯储能，对于提高棒状核燃料元件的安全性具有重要意本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种棒状核燃料元件，其特征在于，包括SiC包壳(3)、U

【技术特征摘要】
1.一种棒状核燃料元件，其特征在于，包括SiC包壳(3)、U3Si2芯体(5)和位于U3Si2芯体(5)与SiC包壳(3)之间的冶金结合层(4)，所述U3Si2芯体(5)的内部开设有中孔(6)，所述SiC包壳(3)的两端分别固定有一个端塞(1)，在所述端塞(1)和SiC包壳(3)之间设置有SiC密封圈(2)。


2.根据权利要求1所述的一种棒状核燃料元件，其特征在于，所述SiC密封圈(2)的致密度高于99％，SiC密封圈(2)的外径与SiC包壳(3)外径尺寸相同。


3.根据权利要求1或2所述的一种基于3D打印的棒状核燃料元件及其密封成形方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：将粒度为100μm，40μm，20μm和5μm的短碳纤维按2:4:1.5:2.5的质量比进行混合，得到3D打印用的纤维粉体，将该碳纤维粉体与光敏树脂粘接剂混合，得到3D打印墨水；
S2：建立包壳密封圈的三维CAD模型，建立棒状核燃料元件运动轨迹，与3D打印扫描路径相匹配；
S3：将包壳密封圈的制作数据导入3D打印机，并利用S1中制备的打印墨水打印成形，得到碳纤维基包壳密封圈的素坯；
S4：对碳纤维基包壳密封圈素坯进行真空干燥和热解处理，得到环状碳纤维预制体基板；
S5：利用球形高纯Si粉对碳纤维预制体基板进行干燥处理，在通保护气体氛围下对碳纤维预制体基板上进行激光熔覆，在激光作用下碳纤维预制体和Si粉反应生成SiC密封圈(2)，即在端塞(1)和SiC包壳(3)之间生成SiC密封圈(2)，使端塞(1)和SiC包壳(3)之间密封，得到密封的棒状核燃料元件。

【专利技术属性】
技术研发人员：陈义，李聪，邱绍宇，鲁中良，孙超，丁阳，张瑞谦，尤，李鸣，苗恺，潘小强，同治强，朱勇辉，朱丽兵，李涤尘，
申请(专利权)人：西安交通大学，上海核工程研究设计院有限公司，中国核动力研究设计院，
类型：发明
国别省市：陕西;61