一种钼基弥散燃料芯坯制备工艺制造技术

本发明专利技术属于铀基核燃料芯坯应用技术领域，具体涉及一种钼基弥散燃料芯坯制备工艺。步骤1，把混合后粉末压制成圆柱片状压坯，然后对压坯进行破碎筛分，获取颗粒作为成型粉末；使用造粒后二氧化铀粉末与钼粉按质量百分比3：2进行配料，配料后放入三维混料机进行混料；将混合粉压制为圆柱片状芯坯，然后对芯坯进行破碎筛分，过筛网后装入三维混料机进行再一次混料；步骤2，采用模压以及等静压成型，采用硬脂酸锌四氯化碳作为成型的润滑剂；步骤3，在氢气气氛下进行烧结。本发明专利技术采用一次成型，加工要求较低，对物料损耗较少。对物料损耗较少。

【技术实现步骤摘要】
一种钼基弥散燃料芯坯制备工艺


[0001]本专利技术属于铀基核燃料芯坯应用
，具体涉及一种钼基弥散燃料芯坯制备工艺。

技术介绍

[0002]研究试验堆燃料元件按其燃料芯体物质形态可分为金属型、陶瓷型、弥散体型。
[0003]早期研究试验堆主要采用金属型U
‑
Al合金板型燃料。其后发展为陶瓷型燃料元件，陶瓷型燃料主要包括UO2及含铀和钚的氧化物、碳化物和氮化物。优点是熔点高、热稳定性好，辐照稳定性好，燃耗深度比金属型燃料大。缺点是是密度低，质硬而脆，不易加工，热导率小，辐照芯块温差大、中心温度高，有辐照肿胀和芯块开裂倾向等。
[0004]为提高UO2核燃料热导率主要有以下2种技术路线：添加高热导率第二相，制备热导率增强型UO2芯块；制备大晶粒度的UO2燃料芯块，减少晶界处热传导损耗。
[0005]其中候选增强相主要为碳化硅(SiC)、氧化铍(BeO)、金刚石、钼(Mo)等高热导率材料。
[0006]近年来美国爱德华国家实验室采用放电等离子烧结制备了19个孔，3英寸(76.2mm)长的贫UO2‑
W的CERMET燃料，单个原型元件长度为3/4英寸(19.05mm)，采用拼接方法制备元件其强度较低，存在一定的局限性。

技术实现思路

[0007]由于陶瓷型燃料质硬而脆，不易加工，热导率小，辐照芯块温差大、中心温度高，有辐照肿胀和芯块开裂倾向等问题，为了改善燃料性能，本专利技术提供一种钼基弥散燃料芯坯制备工艺，将陶瓷燃料微球(UO2)弥散于Mo粉中，压制成多孔芯坯。
[0008]为达到上述目的，本专利技术所采取的技术方案为：
[0009]一种钼基弥散燃料芯坯制备工艺，
[0010]步骤1，粉末准备
[0011]步骤1.1，造粒，把混合后粉末压制成圆柱片状压坯，然后对压坯进行破碎筛分，获取颗粒作为成型粉末；
[0012]步骤1.2，混料，使用造粒后二氧化铀粉末与钼粉按质量百分比3：2进行配料，配料后放入三维混料机进行混料；
[0013]步骤1.3，预压制粒，将混合粉压制为圆柱片状芯坯，然后对芯坯进行破碎筛分，过筛网后装入三维混料机进行再一次混料；
[0014]步骤2，钼基多孔弥散芯坯成型
[0015]采用模压以及等静压成型，采用硬脂酸锌四氯化碳作为成型的润滑剂；
[0016]步骤3，钼基多孔弥散芯坯烧结
[0017]在氢气气氛下进行烧结。
[0018]步骤1.1，把混合后粉末压制成圆柱片状压坯，高径比在1：3～1：5。
[0019]步骤1.1，获取150μm～300μm之间的颗粒作为成型粉末。
[0020]步骤1.2，配料重量为350g。
[0021]步骤1.2，混料时间为60min。
[0022]步骤1.3，将混合粉压制为圆柱片状芯坯，高径比在1：3～1：1。
[0023]步骤1.3，过50目筛网后装入三维混料机进行再一次混料。
[0024]步骤2，成型压力为70～100MPa，成型保压时间10s～15s。
[0025]步骤3，在氢气气氛下进行烧结，升温速率为5℃/min。
[0026]步骤3，烧结在300℃保温2h，800℃及1200℃各保温1h，温度最终控制在1750℃
±
10℃保温2h，然后通氩气，随炉冷却。
[0027]本专利技术所取得的有益效果为：
[0028]本专利技术与现有多孔芯块相比，具有如下显著优点：
[0029]芯坯采用长芯坯设计，一次成型，芯坯强度高。
[0030]本专利技术采用一次成型，加工要求较低，对物料损耗较少。
具体实施方式
[0031]下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。
[0032]本专利技术涉及一种钼基多孔二氧化铀核燃料芯坯的制备方法，其
技术实现思路
主要包括混合粉末制备、芯块成型以及芯块烧结的方法。
[0033]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案为，通过制粒制备粉末，通过模具压制制备多孔芯坯，成型芯坯烧结。具体步骤为：
[0034]步骤1，粉末准备
[0035]步骤1.1，造粒，本专利技术制粒主要包括预压饼、破碎和筛分工序。把混合后粉末压制成圆柱片状压坯，高径比在1：3～1：5。然后对压坯进行破碎筛分，获取150μm～300μm之间的颗粒作为成型粉末。
[0036]步骤1.2，混料，使用制粒后二氧化铀粉末与钼粉按质量百分比3：2进行配料，配料重量为350g。配料后放入三维混料机进行混料，混料时间为60min。
[0037]步骤1.3，预压制粒，将混合粉压制为圆柱片状芯坯，高径比在1：3～1：1。然后对芯坯进行破碎筛分，过50目筛网后装入三维混料机进行再一次混料。
[0038]步骤2，钼基多孔弥散芯坯成型
[0039]芯块成型，本专利技术成型采用模压以及等静压成型，采用硬脂酸锌四氯化碳作为成型的润滑剂，芯坯成型工艺参数主要为成型压力、保压时间等。芯块成型粉末均为350g，成型压力为70～100MPa，成型保压时间10s～15s。
[0040]步骤3，钼基多孔弥散芯坯烧结
[0041]钼基二氧化铀芯坯烧结，在氢气气氛下进行，升温速率为5℃/min。烧结在300℃保温2h，800℃及1200℃各保温1h，温度最终控制在1750℃
±
10℃保温2h,然后通氩气，随炉冷却。
[0042]一种钼基多孔弥散燃料芯坯，设计为通过钼粉的加入改善二氧化铀芯块加工性能以及热导率低、芯体辐照温差大、中心温度高等问题，以下为其制备过程。
[0043]针对上述已设计好的钼基多孔弥散燃料芯坯，其制造方法包括以下步骤：
[0044]步骤1，粉末准备
[0045]步骤1.1，造粒，本专利技术制粒主要包括预压饼、破碎和筛分工序。把混合后粉末压制成圆柱片状压坯，然后对压坯进行破碎筛分，获取150μm～300μm之间的颗粒作为成型粉末。
[0046]步骤1.2，混料，使用制粒后二氧化铀粉末与钼粉按质量百分比3：2进行配料，配料重量为350g。配料后放入三维混料机进行混料，混料时间为60min。
[0047]步骤1.3，造粒，粉末经过制粒工序后可以改善流动性，提高其成型能力。使用高强钢模具作为制粒模具采用压力2.7t/cm2，保压时间为20～25s的压制工艺压制坯体，高径比控制为1：3。然后对压坯进行破碎筛分获取150μm～300μm之间的颗粒作为成品粒。
[0048]步骤2，钼基多孔芯坯成型
[0049]成型，成型为模压成型，成型模具为多孔六棱结构，成型前使用毛笔将硬脂酸锌+四氯化碳润滑剂涂刷于阴模以及上下成型垫与物料接触面上，用电吹风吹干备用。
[0050]将阴模放在下成型垫上，将混好的物料装入模具中。调整压机压力为70～100MPa，压制到位后，保压时间20s。压制后使用脱模器将芯坯顶出。
[0051]步骤3，钼基多孔芯坯烧结...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钼基弥散燃料芯坯制备工艺，其特征在于：步骤1，粉末准备步骤1.1，造粒，把混合后粉末压制成圆柱片状压坯，然后对压坯进行破碎筛分，获取颗粒作为成型粉末；步骤1.2，混料，使用造粒后二氧化铀粉末与钼粉按质量百分比3：2进行配料，配料后放入三维混料机进行混料；步骤1.3，预压制粒，将混合粉压制为圆柱片状芯坯，然后对芯坯进行破碎筛分，过筛网后装入三维混料机进行再一次混料；步骤2，钼基多孔弥散芯坯成型采用模压以及等静压成型，采用硬脂酸锌四氯化碳作为成型的润滑剂；步骤3，钼基多孔弥散芯坯烧结在氢气气氛下进行烧结。2.根据权利要求1所述的钼基弥散燃料芯坯制备工艺，其特征在于：步骤1.1，把混合后粉末压制成圆柱片状压坯，高径比在1：3～1：5。3.根据权利要求1所述的钼基弥散燃料芯坯制备工艺，其特征在于：步骤1.1，获取150μm～300μm之间的颗粒作为成型粉末。4.根据权利要求1所述的钼基弥散燃料芯坯制备工艺，其特征在于：步骤1.2...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨烨，郭洪，刘文涛，杜江平，郝若彤，刘伟，李波，李宗书，燕鹏，
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：