[發明專利]一種采用粉末冶金法進行中心開孔UO2燃料芯塊的制造方法

在審

• 申請號: 201611235596.9
• 申請日: 2016-12-28
• 公開（公告）號: CN106653125A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 張賓;馮繼東;潘彬;于露潤;王強;曹明明;王海霖;唐方方;張學東;宋海波
• 申請（專利權）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
• 主分類號: G21C21/00
• 分類號: G21C21/00;G21C21/02
• 代理公司: 核工業專利中心11007
• 代理人: 張雅丁

技術領域

本發明屬于核燃料組件制造技術領域，具體涉及一種應用于核電燃料組件當中，中心開孔的UO₂燃料芯塊的制造方法。

背景技術

現有的開孔芯塊的制造方法主要采用化學方法配制有機單體丙烯酰胺、交聯劑亞基雙丙烯酰胺、分散劑聚丙烯酸銨與去離子水的預混液；之后采用球磨機將U₃O₈粉末與預混液進行球磨分散，制備出U₃O₈漿料；加入引發劑過硫酸銨、催化劑四甲基乙二胺，混合均勻；將混合均勻的漿料加入模具，凝固后經干燥、脫粘，得到環形U₃O₈生坯；在氫氣氣氛中、1730±10℃溫度下燒結2～3小時，得到環形UO₂芯塊。現有技術在專利“環形UO₂燃料芯塊的制備方法”(申請專利號CN200910263465.5)中有詳細介紹。

現有開孔芯塊的制造技術中，引入的有機單體、交聯劑、分散劑、去離子水等種類較多，同時有U₃O₈漿料的存在，相應的在燃料芯塊制造過程中需要采取臨界控制手段來預防臨界事故的發生。同時核燃料組件為了追求更高的燃耗并更好的解決PCI效應，中心開孔尺寸非常小的燃料芯塊被設計出來，需要更加先進的技術來保證芯塊的成品率和產量。

因此亟需研制一種粉末冶金的方法，以UO₂粉末為原料，通過混合、制粒、滾磨球化、壓制、燒結、磨削的工藝流程，從而解決上述問題。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種采用粉末冶金法進行中心開孔UO₂燃料芯塊的制造方法，從而在保證臨界安全的前提下，連續、穩定、批量地制造出合格的陶瓷UO₂中心開孔芯塊。

為了實現這一目的，本發明采取的技術方案是：

一種采用粉末冶金法進行中心開孔UO₂燃料芯塊的制造方法，包括以下步驟：

(1)確定原材料

本發明采用的原料為UO₂粉末和U₃O₈粉末的混合物以及潤滑劑；

其中U₃O₈粉末的添加量不超過批次總質量的20％，潤滑劑的添加量不超過批次總質量的0.4％，單批次總質量不超過500kg；

(2)混合均勻化

按步驟(1)中確定的物質配比將UO₂粉末和U₃O₈粉末的混合物放入密封的單錐的錐形混料機中，充0.5～1MPa氮氣進行混合均勻化；

(3)預壓制粒

混合均勻后，進行粉末的預壓制粒；

(4)混合球形化

制粒后的粉末加入不超過批次總質量0.4％的潤滑劑后進行雙錐的錐形混料計進行混合球形化；

(5)生坯壓制

球形化后的粉末進入旋轉壓機進行生坯壓制，生坯壓制的規格是每塊是直徑為10～10.2mm，高度為15～16.5mm的柱狀，中心開孔直徑為1.3～4.5mm；

(6)高溫燒結

壓制后的生坯在純氫氣氣氛、1730℃～1760℃的溫度下進行燒結6～8h；

(7)磨削

在金剛石砂輪上進行貫穿式磨削，將燒結后的生坯外表面磨削到產品設定的技術規格。

進一步的，如上所述的一種采用粉末冶金法進行中心開孔UO₂燃料芯塊的制造方法，潤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。

進一步的，如上所述的一種采用粉末冶金法進行中心開孔UO₂燃料芯塊的制造方法，UO₂粉末滿足以下技術指標：①1≤U₂₃₅富集度≤5；1≤U₂₃₅富集度≤2時，偏差為±0.02％；2＜U₂₃₅富集度≤5時，偏差為±0.05％；②當量硼含量≤4μg/g鈾；③粒度分布滿足正態分布，粒度的平均值為1.5～3μm；④氧鈾比為2.02～2.18；