一种SiC基UCO核芯燃料芯块制备方法技术

本发明专利技术属于SiC基核燃料芯块制备技术领域，具体涉及一种SiC基UCO核芯燃料芯块制备方法。将U

【技术实现步骤摘要】
一种SiC基UCO核芯燃料芯块制备方法
本专利技术属于SiC基核燃料芯块制备
，具体涉及一种SiC基UCO核芯燃料芯块制备方法。
技术介绍
美国橡树岭国家实验室研制出UCO体系微球弥散燃料。微球制备采用的工艺为内凝胶工艺加碳热还原工艺。制备微球用于高温气冷堆燃料制备。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种SiC基UCO核芯燃料芯块制备方法，主要应用于SiC基UCO核芯燃料芯块的制备，制得芯块在密度、尺寸、热物理性能、力学性能等堆外性能测试方面均能达到入堆芯块技术条件要求。为达到上述目的，本专利技术所采取的技术方案为：一种SiC基UCO核芯燃料芯块制备方法，将U3O8粉缓慢加入浓硝酸和去离子水的混合溶液中，将硝酸铀酰和尿素配置为增稠剂，向混合溶液加入增稠剂，静置后通过分散头进行分散凝胶制备UO3/C凝胶球，再进行陈化、洗涤和干燥去除杂质和水分，最终在CO气氛中焙烧制备得到UO2+UC2的UCO微球；流化包覆制备得到的UCO包覆颗粒与SiC粉末混合均匀，选用钢模将混合粉末冷压成生坯，将生坯封装入热压模具中真空下进行热压烧结，烧结结束后取出热压模具将芯块取出，将外观进行打磨后得到成品芯块。将1000gU3O8粉缓慢加入440mL浓硝酸和835mL去离子水的混合溶液。将100ml硝酸铀酰和37.8g尿素配置为增稠剂。向混合溶液加入增稠剂量为90g。分散头选择23G、胶液流量为12ml/min，分散时振动频率为100～120Hz制备UO3/C凝胶球。流化包覆制备得到的UCO包覆颗粒，按包覆颗粒体积比41％与SiC粉末混合均匀。选用8.2mm钢模将混合粉末在压力60MPa下冷压成生坯。烧结结束后取出热压模具将芯块通过脱模或者解体的方式取出。将外观使用砂纸进行打磨后得到成品芯块。本专利技术所取得的有益效果为：本方法可实现SiC基UCO核芯燃料芯块的制备，制得芯块在密度、尺寸、热物理性能、力学性能等堆外性能测试方面均能达到入堆芯块技术条件要求，制备芯块主要应用于与技术条件相对应的燃料堆，满足核燃料元件使用标准。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。本方法主要分为UCO核芯制备、TRISO颗粒制备、生坯制备、芯块烧结等几个关键工艺方法。UCO核芯制备工艺是通过内凝胶+碳热还原工艺开展UCO核芯的制备，工艺流程为：首先将U3O8粉缓慢加入浓硝酸和去离子水的混合溶液中，得到体积浓度(33～40)％的硝酸铀酰溶液；另按(2.3～2.5)g六次甲基四胺配比1g尿素配六次甲基四胺和尿素混合溶液；将HMTA/尿素混合溶液和C粉加入配置好的ADUN溶液配置成胶液，混合溶液加入量为总胶液的质量比为(50～65)％。静置后的混合胶液通过分散头进行分散凝胶，其中分散头选择23G、胶液流量为12ml/min，振动频率为100～120Hz制成UO3/C凝胶球，再进行陈化、洗涤和干燥去除杂质和水分，最终在CO气氛中焙烧制备得到UO2+UC2的UCO微球。烧结工艺如表1所示表1.UCO微球焙烧工艺TRISO颗粒制备工艺是指UCO微球包覆制备过程是将包覆颗粒核芯采用流化床-化学气相沉积技术，在UCO颗粒表面进行涂层包覆。包覆过程中需根据包覆层的不同，选用选择不同的气氛、包覆温度和时间，通入炉腔的物质以决定包覆的物质，通过调节包覆温度控制分解速率及沉积效果，通过调节包覆时间控制包覆层的厚度以及致密度等。生坯制备工艺包括了SiC粉末混料、SiC与TRISO颗粒包衣混合及生坯压制过程，首先将SiC粉末掺杂质量比为(3～7)％助烧剂粉末通过球磨湿混方式均匀混合得到基体粉末，将基体粉末与TRISO颗粒使用包衣机或者同原理方法均匀混合得到复合粉末，使用单向压机配合钢模，以预设的压制曲线将填充入钢模的复合粉末在(45～70)MPa压强下制成生坯。芯块烧结工艺通过热压烧结或者SPS烧结工艺实现，将制得的生坯封装入石墨模具中，封装完成后将石墨模具放入热压烧结炉(1650～1750)℃或者SPS烧结炉(1750～1850)℃在保护气氛或者真空下进行烧结,烧结工艺如表2所示。烧结结束后取出模具将芯块通过脱模或者解体的方式取出，将外观使用砂纸进行打磨后得到成品芯块。表2.UCO芯块烧结工艺通过本方法制得的SiC基UCO核芯燃料芯块在密度、尺寸、热物理性能、力学性能等堆外性能测试方面均能达到入堆芯块技术条件要求。将1000gU3O8粉缓慢加入440mL浓硝酸和835mL去离子水的混合溶液，将硝酸铀酰体积为100ml、尿素加入量为37.8g配置为增稠剂，向混合溶液加入增稠剂量为90g，分散头选择23G、胶液流量为12ml/min，分散时振动频率为100～120Hz制备UO3/C凝胶球，再进行陈化、洗涤和干燥去除杂质和水分，最终在CO气氛中焙烧制备得到UO2+UC2的UCO微球。流化包覆制备得到的UCO包覆颗粒，按包覆颗粒体积比41％vol与SiC粉末混合均匀，选用钢模将混合粉末在压力60MPa下冷压成生坯，将生坯封装入热压模具中真空下进行热压烧结，烧结结束后取出模具将芯块通过脱模或者解体的方式取出，将外观使用砂纸进行打磨后得到成品芯块。本方法可实现SiC基UCO核芯燃料芯块的制备。通过UCO核芯制备、TRISO颗粒制备、生坯制备、芯块烧结等几个关键工艺方法达到制备芯块的目的。制得芯块在密度、尺寸、热物理性能、力学性能等堆外性能测试方面均能达到入堆芯块技术条件要求，制备芯块主要应用于与技术条件相对应的燃料堆，满足核燃料元件使用标准。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种SiC基UCO核芯燃料芯块制备方法，其特征在于：将U

【技术特征摘要】
1.一种SiC基UCO核芯燃料芯块制备方法，其特征在于：将U3O8粉缓慢加入浓硝酸和去离子水的混合溶液中，将硝酸铀酰和尿素配置为增稠剂，向混合溶液加入增稠剂，静置后通过分散头进行分散凝胶制备UO3/C凝胶球，再进行陈化、洗涤和干燥去除杂质和水分，最终在CO气氛中焙烧制备得到UO2+UC2的UCO微球；流化包覆制备得到的UCO包覆颗粒与SiC粉末混合均匀，选用钢模将混合粉末冷压成生坯，将生坯封装入热压模具中真空下进行热压烧结，烧结结束后取出热压模具将芯块取出，将外观进行打磨后得到成品芯块。


2.根据权利要求1所述的SiC基UCO核芯燃料芯块制备方法，其特征在于：将1000gU3O8粉缓慢加入440mL浓硝酸和835mL去离子水的混合溶液。


3.根据权利要求1所述的SiC基UCO核芯燃料芯块制备方法，其特征在于：将100ml硝酸铀酰和37.8g尿素配置为增稠剂。


4.根据权利要求1所述的SiC基UCO核...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘文涛，隋政，郭波龙，梁方知，张靖雪，张宇，孟莹，
申请(专利权)人：中核北方核燃料元件有限公司，
类型：发明
国别省市：内蒙古;15