【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及核燃料，尤其涉及一种碳化锆复相陶瓷惰性基体弥散燃料芯块及其制备方法。
技术介绍
1、核燃料作为核反应堆的核心部件，在正常和事故工况下核燃料是否仍然保持完整性直接影响到核安全。为了进一步提高核安全，在包壳材料防护的基础上，采用惰性基体材料将燃料芯块进行包裹，从而防止因燃料包壳破损导致的核燃料泄漏。
2、美国提出的全陶瓷包覆燃料(fcm)，通过采用sic惰性基体，使得安全性得到极大地提高。然而sic惰性基体在辐照后热导率低于10w/m·k，导致燃料中心温度极易升高，同时fcm的sic惰性基体会受到裂变产物pd、ag和cs等的侵蚀，安全许用温度在1600℃以下。并且，sic材料强度高且耐酸碱腐蚀，不利于后续乏燃料的处理。
3、碳化锆(zrc)作为超高温陶瓷，具有优异的高温稳定性能(熔点为3530℃且不发生高温相变)，因其中子吸收截面小、耐核裂变产物腐蚀、辐照后热导率高、耐铅铋和熔盐腐蚀，可作为新型反应堆弥散燃料的惰性基体的绝佳候选材料。但是，zrc陶瓷的熔点极高，烧结致密的难度较大，同时，zrc作为一种脆性相，烧结过程中容易产生裂纹缺陷，尤其是跟triso颗粒这种微球共烧过程中极易导致基体产生大量裂纹缺陷。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题在于，提供一种碳化锆复相陶瓷惰性基体弥散燃料芯块的制备方法及制得的碳化锆复相陶瓷惰性基体弥散燃料芯块。
2、本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种碳化锆复相陶瓷惰性基体弥散燃料
3、s1、将zrc粉体、第二相粉体、烧结助剂和分散剂混合，形成混料并将所述混料分成两份；
4、s2、将一份所述混料与燃料小球、溶剂进行混合，得到包裹有混料的燃料小球；
5、s3、将包裹有混料的燃料小球作为燃料区粉体，将另一份所述混料作为无燃料区粉体，压制形成芯块坯体；
6、s4、将所述芯块坯体进行烧结，得到碳化锆复相陶瓷惰性基体弥散燃料芯块。
7、优选地，在步骤s1的所述混料中，所述第二相粉体占zrc粉体和第二相粉体总质量的15％～50％，所述烧结助剂占zrc粉体、第二相粉体和烧结助剂总质量的1％～10％，所述分散剂占zrc粉体、第二相粉体和烧结助剂总质量的0.1％～5％。
8、优选地，步骤s1中，所述第二相粉体包括wc、hfc、vc、moc、sic、tic、tac、nbc中至少一种。
9、优选地，所述烧结助剂包括ti、zr、c、si、al2o3-re2o3中至少一种；在al2o3-re2o3中，re为sc、y、la、ce、pr、nd、pm、sm、eu、gd、tb、dy、ho、er、tm、yb或lu；al2o3和re2o3的比例为1wt％～99wt％：99wt％～1wt％。
10、优选地，所述分散剂包括聚乙烯亚胺、聚乙烯醇缩丁醛脂、四甲基氢氧化铵中至少一种。
11、优选地，所述zrc粉体的粒径为0.01μm～10μm，纯度为99％～99.999％。
12、优选地，所述第二相粉体的粒径为0.01μm～10μm，纯度为99％～99.999％。
13、优选地，所述烧结助剂的粒径为0.1μm～10μm，纯度为99％～99.999％。
14、优选地，步骤s2中，所述燃料小球包括纯燃料物质小球、triso颗粒小球中至少一种；所述溶剂包括去离子水、聚乙烯缩丁醛酯、无水乙醇、聚碳硅烷中至少两种。
15、优选地，步骤s2中，所述燃料小球的燃料物质包括uo2、uc、uc2、un、ucn、uco、u3si2、u合金、puo2、puc、pun、pu合金中至少一种。
16、优选地，步骤s2中，所述燃料小球占混料与燃料小球总体积的25％～60％。
17、优选地，步骤s2中，将所述混料和燃料小球放入穿衣机的容器内，在所述穿衣机旋转过程中往其容器内喷所述溶剂，使所述混料包覆在所述燃料小球的表面；其中，所述混料与所述溶剂的质量比为1：4～1：2。
18、优选地，步骤s4中，烧结方式包括热压烧结、热等静压烧结、放电等离子烧结中至少一种。
19、优选地，烧结温度为1500℃～1900℃，烧结压力为10mpa～50mpa，保温时间为10min～120min，烧结气氛为ar、n2或真空中至少一种。
20、本专利技术还提供一种碳化锆复相陶瓷惰性基体弥散燃料芯块，由以上任一项所述的制备方法制得；所述碳化锆复相陶瓷惰性基体弥散燃料芯块中，无燃料区的厚度为30μm～1500μm。
21、优选地，所述碳化锆复相陶瓷惰性基体弥散燃料芯块的直径为6mm～15mm，高度为8mm～24mm；所述碳化锆复相陶瓷惰性基体弥散燃料芯块的致密度为95～99％。
22、本专利技术的有益效果：在惰性基体中加入第二相粉体，作为zrc和燃料小球之间的缓冲材料，提高基体和燃料小球界面的结合度，改善燃料芯块的内应力，降低基体内部的裂纹缺陷，改善燃料芯块的力学性能和高温抗氧化性能。
23、本专利技术制得的碳化锆复相陶瓷惰性基体弥散燃料芯块，能够提高核反应堆中核燃料芯块抵御事故工况的能力，提高核电站运行安全性；解决乏燃料处理的问题。
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1.一种碳化锆复相陶瓷惰性基体弥散燃料芯块的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的碳化锆复相陶瓷惰性基体弥散燃料芯块的制备方法，其特征在于，在步骤S1的所述混料中，所述第二相粉体占ZrC粉体和第二相粉体总质量的15％～50％，所述烧结助剂占ZrC粉体、第二相粉体和烧结助剂总质量的1％～10％，所述分散剂占ZrC粉体、第二相粉体和烧结助剂总质量的0.1％～5％。
3.根据权利要求1所述的碳化锆复相陶瓷惰性基体弥散燃料芯块的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述第二相粉体包括WC、HfC、VC、MoC、SiC、TiC、TaC、NbC中至少一种。
4.根据权利要求1所述的碳化锆复相陶瓷惰性基体弥散燃料芯块的制备方法，其特征在于，所述烧结助剂包括Ti、Zr、C、Si、Al2O3-Re2O3中至少一种；在Al2O3-Re2O3中，Re为Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb或Lu；Al2O3和Re2O3的比例为1wt％～99wt％：99wt％～1wt％；
5.根据权
6.根据权利要求1所述的碳化锆复相陶瓷惰性基体弥散燃料芯块的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述燃料小球包括纯燃料物质小球、TRISO颗粒小球中至少一种；所述溶剂包括去离子水、聚乙烯缩丁醛酯、无水乙醇、聚碳硅烷中至少两种。
7.根据权利要求1所述的碳化锆复相陶瓷惰性基体弥散燃料芯块的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述燃料小球的燃料物质包括UO2、UC、UC2、UN、UCN、UCO、U3Si2、U合金、PuO2、PuC、PuN、Pu合金中至少一种。
8.根据权利要求1所述的碳化锆复相陶瓷惰性基体弥散燃料芯块的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述燃料小球占混料与燃料小球总体积的25％～60％。
9.根据权利要求1-8任一项所述的碳化锆复相陶瓷惰性基体弥散燃料芯块的制备方法，其特征在于，步骤S2中，将所述混料和燃料小球放入穿衣机的容器内，在所述穿衣机旋转过程中往其容器内喷所述溶剂，使所述混料包覆在所述燃料小球的表面；其中，所述混料与所述溶剂的质量比为1：4～1：2。
10.根据权利要求1-8任一项所述的碳化锆复相陶瓷惰性基体弥散燃料芯块的制备方法，其特征在于，步骤S4中，烧结方式包括热压烧结、热等静压烧结、放电等离子烧结中至少一种；
11.一种碳化锆复相陶瓷惰性基体弥散燃料芯块，其特征在于，由权利要求1-10任一项所述的制备方法制得；所述碳化锆复相陶瓷惰性基体弥散燃料芯块中，无燃料区的厚度为30μm～1500μm；
...【技术特征摘要】
1.一种碳化锆复相陶瓷惰性基体弥散燃料芯块的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的碳化锆复相陶瓷惰性基体弥散燃料芯块的制备方法，其特征在于，在步骤s1的所述混料中，所述第二相粉体占zrc粉体和第二相粉体总质量的15％～50％，所述烧结助剂占zrc粉体、第二相粉体和烧结助剂总质量的1％～10％，所述分散剂占zrc粉体、第二相粉体和烧结助剂总质量的0.1％～5％。
3.根据权利要求1所述的碳化锆复相陶瓷惰性基体弥散燃料芯块的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述第二相粉体包括wc、hfc、vc、moc、sic、tic、tac、nbc中至少一种。
4.根据权利要求1所述的碳化锆复相陶瓷惰性基体弥散燃料芯块的制备方法，其特征在于，所述烧结助剂包括ti、zr、c、si、al2o3-re2o3中至少一种；在al2o3-re2o3中，re为sc、y、la、ce、pr、nd、pm、sm、eu、gd、tb、dy、ho、er、tm、yb或lu；al2o3和re2o3的比例为1wt％～99wt％：99wt％～1wt％；
5.根据权利要求1所述的碳化锆复相陶瓷惰性基体弥散燃料芯块的制备方法，其特征在于，所述zrc粉体的粒径为0.01μm～10μm，纯度为99％～99.999％；
6.根据权利要求1所述的碳化锆复相陶瓷惰性基体弥散燃料芯块的制备方法，...
【专利技术属性】
技术研发人员：任啟森，吴利翔，廖业宏，薛佳祥，谢亦然，刘洋，严俊，
申请(专利权)人：中广核研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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