[發明專利]一種UO2?W金屬陶瓷球制備方法

有效

• 申請號: 201610062445.1
• 申請日: 2016-01-29
• 公開（公告）號: CN105642907B
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 唐向陽;劉錦洪;康武;李佳;張捷;劉睿睿;孫超
• 申請（專利權）人: 中國核動力研究設計院
• 主分類號: B22F9/22
• 分類號: B22F9/22
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙)51220
• 代理人: 譚新民

技術領域

本發明涉及材料領域，具體地，涉及一種UO₂-W金屬陶瓷球制備方法。

背景技術

UO₂被廣泛用于核材料，但熱傳導率在金屬鈾，碳化鈾，氮化鈾中是最低的。熱傳導率在核反應堆中是個重要的熱物理性質，直接反映著反應堆燃料的性能。通過制備UO₂-W金屬陶瓷燃料可以使反應堆燃料在相對低的溫度下運行，降低了燃料溫度，減少了燃料核芯腫脹、減緩了核芯裂變產物的擴散、也減少了裂變產物的釋放，甚至可以減少鈾富集度，加深反應堆的燃耗、提高了經濟性，延長了反應堆運行壽命。

關于UO₂-W金屬陶瓷核燃料的報道很少，文獻《Literature review of thermal and radiation performance parameters for high-temperature, uranium dioxide fueled cermet materials》介紹了UO₂粉末彌散在金屬鎢基體中采用一定模具壓制燒結而制備的金屬陶瓷W-UO₂燃料，文獻《A fabrication technique for a UO₂ pellet consisting of UO₂ grains and a continuous W channel on the grain boundary》中介紹了通過ADU-UO₂粉末與鎢粉混合壓制成芯塊生坯經燒結、退火而制得金屬鎢在UO₂晶界連續均勻分布的UO₂-W陶瓷芯塊，在同樣的熱傳導率下，UO₂-W燃料比W-UO₂燃料添加的金屬W更少，更有利于UO₂燃料核性能；這兩種方法都是通過粉末法制備金屬陶瓷W-UO₂和UO₂-W燃料。而粉末法制備出來的燃料其中的金屬鎢在UO₂晶界中的分布并不均勻，使得金屬UO₂-W的熱傳導率并不高。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種UO₂-W金屬陶瓷球制備方法，該方法制備UO₂-W金屬陶瓷球與金屬陶瓷W-UO₂芯塊和UO₂-W芯塊制備工藝有很大不同，制備工藝難度大（例如如何制備完整不開裂的球、如何能夠讓金屬鎢均勻分布在UO₂晶界中），制備出的金屬陶瓷級UO₂-W球直徑為0.05～3mm，且金屬鎢均勻分布在UO₂晶界，這種金屬陶瓷級UO₂-W球不會開裂，熱傳導率高。

本發明解決上述問題所采用的技術方案是：

一種金屬陶瓷級UO₂-W球的制備方法，其具體步驟如下：

步驟1 含鎢溶膠的制備：在5℃下，按照偏鎢酸銨/U質量比為0.10～0.156，尿素/U摩爾比為1：4比例將偏鎢酸銨、缺硝酸鈾酰溶液和尿素混合，攪拌均勻，然后按照HTMA（烏洛托品）/U的摩爾比為1：4的比例，在不斷攪拌的情況下緩慢加入固體HTMA（烏洛托品），攪拌均勻至含鎢溶膠液透明。

步驟2 分散膠凝：將含鎢溶膠液通過壓力排出，得到溶膠滴。溶膠滴經載帶流載帶，滴入裝有加熱的異辛醇（或石蠟油、四氯化碳CCl₄）分散柱內在表面張力作用下成球，并在下降過程中膠凝，得到含鎢凝膠球。為保證足夠的膠凝時間，分散柱長度不低于2m，分散介質即異辛醇（或石蠟油、CCl₄）應維持在65~80℃。

步驟3 洗滌：將含鎢凝膠球用乙醇水溶液洗滌，乙醇洗液濃度為40%~60%（體積比），清洗時間為0.5~1h，洗滌三次。

步驟4 干燥煅燒：將含鎢凝膠球放入高溫烘箱里按程序升溫，進行干燥煅燒，凝膠球完成脫水和有機物骨架脫除過程，并轉化為UO₃-WO₃球。程序升溫方式為室溫到80℃升溫時間60min~120min；80℃~150℃升溫時間120min~150min；150℃~200℃升溫時間90min~120min；200℃升溫至350℃升溫時間為120min~150min。