[發(fā)明專(zhuān)利]一種采用粉末冶金法進(jìn)行中心開(kāi)孔UO2燃料芯塊的制造方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611235596.9
• 申請(qǐng)日: 2016-12-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106653125A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張賓;馮繼東;潘彬;于露潤(rùn);王強(qiáng);曹明明;王海霖;唐方方;張學(xué)東;宋海波
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中核北方核燃料元件有限公司;中核包頭核燃料元件股份有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G21C21/00
• 分類(lèi)號(hào): G21C21/00;G21C21/02
• 代理公司: 核工業(yè)專(zhuān)利中心11007
• 代理人: 張雅丁

1.一種采用粉末冶金法進(jìn)行中心開(kāi)孔UO₂燃料芯塊的制造方法，其特征在于：包括以下步驟：

(1)確定原材料

本發(fā)明采用的原料為UO₂粉末和U₃O₈粉末的混合物以及潤(rùn)滑劑；

其中U₃O₈粉末的添加量不超過(guò)批次總質(zhì)量的20％，潤(rùn)滑劑的添加量不超過(guò)批次總質(zhì)量的0.4％，單批次總質(zhì)量不超過(guò)500kg；

(2)混合均勻化

按步驟(1)中確定的物質(zhì)配比將UO₂粉末和U₃O₈粉末的混合物放入密封的單錐的錐形混料機(jī)中，充0.5～1MPa氮?dú)膺M(jìn)行混合均勻化；

(3)預(yù)壓制粒

混合均勻后，進(jìn)行粉末的預(yù)壓制粒；

(4)混合球形化

制粒后的粉末加入不超過(guò)批次總質(zhì)量0.4％的潤(rùn)滑劑后進(jìn)行雙錐的錐形混料計(jì)進(jìn)行混合球形化；

(5)生坯壓制

球形化后的粉末進(jìn)入旋轉(zhuǎn)壓機(jī)進(jìn)行生坯壓制，生坯壓制的規(guī)格是每塊是直徑為10～10.2mm，高度為15～16.5mm的柱狀，中心開(kāi)孔直徑為1.3～4.5mm；

(6)高溫?zé)Y(jié)

壓制后的生坯在純氫氣氣氛、1730℃～1760℃的溫度下進(jìn)行燒結(jié)6～8h；

(7)磨削

在金剛石砂輪上進(jìn)行貫穿式磨削，將燒結(jié)后的生坯外表面磨削到產(chǎn)品設(shè)定的技術(shù)規(guī)格。

2.如權(quán)利要求1所述的一種采用粉末冶金法進(jìn)行中心開(kāi)孔UO₂燃料芯塊的制造方法，其特征在于：潤(rùn)滑劑為阿克臘和草酸銨粉末中的至少一種，阿克臘是分析純的純度，粒徑＜100μm；草酸銨是分析純的純度，粒徑＜63μm。

3.如權(quán)利要求1所述的一種采用粉末冶金法進(jìn)行中心開(kāi)孔UO₂燃料芯塊的制造方法，其特征在于：UO₂粉末滿足以下技術(shù)指標(biāo)：①1≤U₂₃₅富集度≤5；1≤U₂₃₅富集度≤2時(shí)，偏差為±0.02％；2＜U₂₃₅富集度≤5時(shí)，偏差為±0.05％；②當(dāng)量硼含量≤4μg/g鈾；③粒度分布滿足正態(tài)分布，粒度的平均值為1.5～3μm；④氧鈾比為2.02～2.18；

U₃O₈粉末滿足以下技術(shù)指標(biāo)：①1≤U₂₃₅富集度≤5；1≤U₂₃₅富集度≤2時(shí)，偏差為±0.02％；2＜U₂₃₅≤5時(shí)，偏差為±0.05％；②當(dāng)量硼含量≤2.5μg/g鈾；③氧鈾比為2.6～2.7；④比表面的平均值為0.3-1.5m²/g；⑤松裝密度為1.2-3g/cm³。

4.如權(quán)利要求1所述的一種采用粉末冶金法進(jìn)行中心開(kāi)孔UO₂燃料芯塊的制造方法，其特征在于：步驟(2)中，錐形混料機(jī)的自轉(zhuǎn)速度為59轉(zhuǎn)/分，公轉(zhuǎn)速度為2轉(zhuǎn)/分，混合時(shí)間為30-40分鐘。

5.如權(quán)利要求1所述的一種采用粉末冶金法進(jìn)行中心開(kāi)孔UO₂燃料芯塊的制造方法，其特征在于：步驟(3)中，制粒時(shí)的壓力為20～70kN，制粒粉末過(guò)篩時(shí)篩網(wǎng)尺寸為1.5mm～2.0mm。

6.如權(quán)利要求1所述的一種采用粉末冶金法進(jìn)行中心開(kāi)孔UO₂燃料芯塊的制造方法，其特征在于：步驟(4)中，錐形混料計(jì)的頻率為25Hz，球化時(shí)間10-30分鐘。

7.如權(quán)利要求1所述的一種采用粉末冶金法進(jìn)行中心開(kāi)孔UO₂燃料芯塊的制造方法，其特征在于：步驟(5)中，壓制速度為70～250塊/分鐘，壓制壓力為2～8MPa,壓制時(shí)生坯密度保持在5.6g/cm³～6.2g/cm³。

8.如權(quán)利要求1所述的一種采用粉末冶金法進(jìn)行中心開(kāi)孔UO₂燃料芯塊的制造方法，其特征在于：步驟(7)中，柱面粗糙度小于3.2μm。

9.如權(quán)利要求1所述的一種采用粉末冶金法進(jìn)行中心開(kāi)孔UO₂燃料芯塊的制造方法，其特征在于：潤(rùn)滑劑為阿克臘和草酸銨粉末中的至少一種，阿克臘是分析純的純度，粒徑＜100μm；草酸銨是分析純的純度，粒徑＜63μm；

UO₂粉末滿足以下技術(shù)指標(biāo)：①1≤U₂₃₅富集度≤5；1≤U₂₃₅富集度≤2時(shí)，偏差為±0.02％；2＜U₂₃₅富集度≤5時(shí)，偏差為±0.05％；②當(dāng)量硼含量≤4μg/g鈾；③粒度分布滿足正態(tài)分布，粒度的平均值為1.5～3μm；④氧鈾比為2.02～2.18；

U₃O₈粉末滿足以下技術(shù)指標(biāo)：①1≤U₂₃₅富集度≤5；1≤U₂₃₅富集度≤2時(shí)，偏差為±0.02％；2＜U₂₃₅≤5時(shí)，偏差為±0.05％；②當(dāng)量硼含量≤2.5μg/g鈾；③氧鈾比為2.6～2.7；④比表面的平均值為0.3-1.5m²/g；⑤松裝密度為1.2-3g/cm³；

步驟(2)中，錐形混料機(jī)的自轉(zhuǎn)速度為59轉(zhuǎn)/分，公轉(zhuǎn)速度為2轉(zhuǎn)/分，混合時(shí)間為30-40分鐘；

步驟(3)中，制粒時(shí)的壓力為20～70kN，制粒粉末過(guò)篩時(shí)篩網(wǎng)尺寸為1.5mm～2.0mm；

步驟(4)中，錐形混料計(jì)的頻率為25Hz，球化時(shí)間10-30分鐘；

步驟(5)中，壓制速度為70～250塊/分鐘，壓制壓力為2～8MPa,壓制時(shí)生坯密度保持在5.6g/cm³～6.2g/cm³；

步驟(7)中，柱面粗糙度小于3.2μm。