本发明专利技术属于核燃料芯块设计和制造技术领域，具体涉及一种添加氧化物的金属壁微囊核燃料芯块及其制备方法。包括UO2颗粒、金属壁、惰性氧化物夹杂物，金属壁形成蜂窝状的连续网络结构，每个蜂窝状的孔隙中都有UO2颗粒，金属壁包裹UO2颗粒，惰性氧化物夹杂物存在于金属壁之内。本发明专利技术结合了金属微囊芯块和陶瓷微囊芯块的优点，相较于传统UO2核燃料芯块，同时实现热导率和滞留裂变产物能力的提高。热导率和滞留裂变产物能力的提高。热导率和滞留裂变产物能力的提高。
【技术实现步骤摘要】
一种添加氧化物的金属壁微囊核燃料芯块及其制备方法
[0001]本专利技术属于核燃料芯块设计和制造
，具体涉及一种添加氧化物的金属壁微囊核燃料芯块及其制备方法。
技术介绍
[0002]未来核电和核动力装置对耐事故燃料具有很强的需求。相比于传统核燃料，耐事故燃料能够增强对放射性裂变产物的滞留能力。燃料芯块既是产生放射性裂变产物的源头，也是阻止放射性裂变产物向环境释放的第一道屏障。因此，具有优良的理化性能和核性能，并且能够滞留放射性裂变产物的新型燃料芯块将具有广阔的应用前景。
[0003]国外提出了一种微囊芯块的概念，通过增加多重化学陷阱或减弱扩散性的方法限制Cs、I等放射性裂变产物的迁移，增强对强放射性、腐蚀性裂变产物的滞留能力。其结构是采用薄壁的金属或氧化物将所有UO2颗粒封装起来，薄壁能够对裂变产物的迁移起到化学陷阱和物理屏障的作用，并能起到提高热导率的作用。
[0004]根据薄壁材料的不同，将国外已研发的微囊芯块分为金属微囊芯块和陶瓷微囊芯块两类，金属微囊芯块以W、Mo、Cr或其合金作为薄壁，而陶瓷微囊芯块以SiO2、TiO2、Al2O3或Si
‑
Ti
‑
Al
‑
O系氧化物作为薄壁。
技术实现思路
[0005]金属微囊芯块和陶瓷微囊芯块分别存在不足：金属微囊芯块对裂变产物Cs、I的吸收能力不强，而陶瓷微囊芯块的热导性提高有限。为发挥两者各自的优点，克服两者各自的不足，本专利技术设计了一种添加氧化物的金属壁微囊核燃料芯块及其制备方法。
[0006]为达到上述目的，本专利技术所采取的技术方案为：
[0007]一种添加氧化物的金属壁微囊核燃料芯块，包括UO2颗粒、金属壁、惰性氧化物夹杂物，金属壁形成蜂窝状的连续网络结构，每个蜂窝状的孔隙中都有UO2颗粒，金属壁包裹UO2颗粒，惰性氧化物夹杂物存在于金属壁之内。
[0008]UO2颗粒的粒径在1～1000μm。
[0009]惰性氧化物夹杂物的粒径小于1μm。
[0010]金属壁是钨、钼、铬及其合金。
[0011]惰性氧化物夹杂物是SiO2、TiO2、Al2O3或由Si、Ti、Al、O组成的化合物或混合物。
[0012]一种添加氧化物的金属壁微囊核燃料芯块制备方法，
[0013](1)UO2颗粒制备；
[0014](2)混料：将UO2颗粒、惰性氧化物粉末和金属粉末均匀混合，使惰性氧化物粉末和金属粉末包裹UO2颗粒；
[0015](3)成型：将混合粉末成型成生坯；
[0016](4)初步烧结：将成型的生坯在纯H2或H2/N2混合气或H2/Ar混合气或H2/He混合气的气氛下，在低于1200℃的温度下烧结；
[0017](5)当金属壁采用钨单质或含钨合金时，进行氧化烧结：在氧化性气氛O2或CO2中，在低于1800℃的温度下烧结0.5～10小时；
[0018](6)还原烧结：在纯H2或H2/N2混合气或H2/Ar混合气或H2/He混合气的气氛下，在低于1800℃的温度下烧结。
[0019]UO2颗粒制备：采用溶胶凝胶或等离子体球化方法制备UO2颗粒，通过筛分、振选获得粒径在1～1000μm范围内的UO2颗粒。
[0020]混料：采用机械搅拌、振动、超声分散或球磨粉体混合工艺，将UO2颗粒、惰性氧化物粉末和金属粉末均匀混合。
[0021]成型：采用模压成型或等静压成型方式，将混合粉末成型成生坯。
[0022]初步烧结：在低于1200℃的温度下烧结0.5～20小时；还原烧结：在低于1800℃的温度下烧结0.5～10小时。
[0023]本专利技术所取得的有益效果为：
[0024]本专利技术结合了金属微囊芯块和陶瓷微囊芯块的优点，相较于传统UO2核燃料芯块，同时实现热导率和滞留裂变产物能力的提高。
[0025]一种添加氧化物的金属壁微囊核燃料芯块包括UO2颗粒、金属壁、惰性氧化物夹杂物，其中金属壁形成蜂窝状的连续网络结构，每个蜂窝状的孔隙中都有UO2颗粒，金属壁包裹UO2颗粒，惰性氧化物夹杂物以小尺寸夹杂物的形式存在于金属壁之内。
[0026]金属壁是钨、钼、铬等难熔金属及其合金，具有熔点高、导热性好的优点，增强了芯块的热导率，提高了芯块的安全性。
[0027]惰性氧化物夹杂物是SiO2、TiO2、Al2O3或由Si、Ti、Al、O组成的化合物或混合物，对放射性裂变产物Cs、I等具有强的吸附效应，从而减少放射性裂变产物的释放。
[0028]一种添加氧化物的金属壁微囊核燃料芯块的制备方法，包括UO2颗粒制备、混料、成型、初步烧结、氧化烧结、还原烧结等步骤，起到的效果是：金属能够浸润UO2颗粒，从而形成蜂窝状的连续网络结构，并能添加惰性氧化物夹杂物，能够制备同时实现热导率和滞留裂变产物能力的提高的添加氧化物的金属壁微囊核燃料芯块。
附图说明
[0029]图1为添加氧化物的金属壁微囊核燃料芯块的微观结构示意图；
[0030]图2为添加氧化物的金属壁微囊核燃料芯块制备方法流程图；
[0031]图中：1
‑
UO2颗粒，2
‑
金属壁，3
‑
惰性氧化物夹杂物。
具体实施方式
[0032]下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。
[0033]一种添加氧化物的金属壁微囊核燃料芯块的结构包括三部分——UO2颗粒、金属壁、惰性氧化物夹杂物，其中金属壁形成蜂窝状的连续网络结构，每个蜂窝状的孔隙中都有UO2颗粒，金属壁包裹UO2颗粒，UO2颗粒的粒径在1～1000μm范围内，惰性氧化物夹杂物以粒径小于1μm的小尺寸夹杂物的形式存在于金属壁之内；金属壁是钨、钼、铬等难熔金属及其合金；惰性氧化物夹杂物是SiO2、TiO2、Al2O3或由Si、Ti、Al、O组成的化合物或混合物。
[0034]一种添加氧化物的金属壁微囊核燃料芯块的制备方法如下：
[0035](1)UO2颗粒制备：采用溶胶凝胶或等离子体球化等方法制备UO2颗粒，通过筛分、振选获得粒径在1～1000μm范围内的UO2颗粒；
[0036](2)混料：采用机械搅拌、振动、超声分散或球磨等粉体混合工艺，将UO2颗粒、惰性氧化物粉末和金属粉末均匀混合，使惰性氧化物粉末和金属粉末包裹UO2颗粒；
[0037](3)成型：采用模压成型或等静压成型等方式，将混合粉末成型成生坯；
[0038](4)初步烧结：将成型的生坯在纯H2或H2/N2混合气或H2/Ar混合气或H2/He混合气的气氛下，在低于1200℃的温度下烧结0.5～20小时；
[0039](5)当金属壁采用钨单质或含钨合金时，进行氧化烧结：在氧化性气氛O2或CO2中，在低于1800℃的温度下烧结0.5～10小时；
[0040](6)还原烧结：在纯H2或H2/N2混合气或H2/Ar混合气或H2/He混合气的气氛下，在低于180本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种添加氧化物的金属壁微囊核燃料芯块，其特征在于：包括UO2颗粒、金属壁、惰性氧化物夹杂物，金属壁形成蜂窝状的连续网络结构，每个蜂窝状的孔隙中都有UO2颗粒，金属壁包裹UO2颗粒，惰性氧化物夹杂物存在于金属壁之内。2.根据权利要求1所述的添加氧化物的金属壁微囊核燃料芯块，其特征在于：UO2颗粒的粒径在1～1000μm。3.根据权利要求1所述的添加氧化物的金属壁微囊核燃料芯块，其特征在于：惰性氧化物夹杂物的粒径小于1μm。4.根据权利要求1所述的添加氧化物的金属壁微囊核燃料芯块，其特征在于：金属壁是钨、钼、铬及其合金。5.根据权利要求1所述的添加氧化物的金属壁微囊核燃料芯块，其特征在于：惰性氧化物夹杂物是SiO2、TiO2、Al2O3或由Si、Ti、Al、O组成的化合物或混合物。6.一种添加氧化物的金属壁微囊核燃料芯块制备方法，其特征在于：(1)UO2颗粒制备；(2)混料：将UO2颗粒、惰性氧化物粉末和金属粉末均匀混合，使惰性氧化物粉末和金属粉末包裹UO2颗粒；(3)成型：将混合粉末成型成生坯；(4)初步烧结：将成型的生坯在纯H2或H2/N2混合气或H2/Ar混合气或H2/He混合气的...
【专利技术属性】
技术研发人员：李明阳，刘颜硕，牟雪婷，董青，孟莹，隋政，刘文涛，
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：
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