[發明專利]一種惰性基彌散燃料芯塊的快速制備工藝

有效

• 申請號: 201710238528.6
• 申請日: 2017-04-13
• 公開（公告）號: CN106971764B
• 公開（公告）日: 2019-04-30
• 發明（設計）人: 楊振亮;劉彤;李冰清;黃華偉;高瑞;孫茂州;賈建平;馬趙丹丹
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院材料研究所;中廣核研究院有限公司
• 主分類號: G21C21/02
• 分類號: G21C21/02
• 代理公司: 成都眾恒智合專利代理事務所(普通合伙) 51239
• 代理人: 王育信

1.一種惰性基彌散燃料芯塊的快速制備工藝，其特征在于，包括以下步驟：

(1)制備混合料漿：首先按重量份，將0～15份的燒結助劑和85～100份的碳化硅粉末通過濕混溶劑進行濕混混合，然后再向其中加入0.5～3份的分散劑，并攪拌4～24h，得到分散均勻的碳化硅混合漿料；

(2)制備核殼結構顆粒：將TRISO顆粒裝入可加熱的滾筒中，打開滾筒，并將其加熱溫度控制在60～90℃，使TRISO顆粒在滾筒中滾動，待TRISO顆粒溫度上升到60～90℃后，用氣壓噴霧裝置將步驟(1)中得到的部分混合料漿霧化后連續噴涂到TRISO顆粒表面，隨著混合料漿中的濕混溶劑在60～90℃的溫度下迅速揮發，在TRISO顆粒上形成一層碳化硅包覆層后，即可得到含二氧化鈾的TRISO/SiC核殼結構顆粒；

(3)壓制核心：將步驟(2)中制備得到的核殼結構顆粒在10～80MPa壓力下模壓成形，得到直徑為6～8mm、高度為8～24mm的圓柱形惰性基彌散燃料芯塊的核心；

(4)壓制核殼：將步驟(1)制備得到的部分混合料漿經干燥、破碎、過篩后，在40～350MPa壓力下壓制成內徑為6.2～8.2mm、外徑為8.5～10mm、高度為8～24mm且與步驟(3)中的核心相匹配的碳化硅圓筒，以及直徑為8.5～10mm、厚度為1.5～3mm且與碳化硅圓筒兩端面相匹配的碳化硅圓片；

(5)制備成形：將圓柱形惰性基彌散燃料芯塊的核心裝入碳化硅圓筒內，并將碳化硅圓片覆蓋在碳化硅圓筒上下端面后，整體進行放電等離子體燒結，燒結溫度為1600～2000℃，達到燒結溫度后調整燒結壓力為10～50MPa，然后保溫5～20min后，冷卻至室溫，即可獲得惰性基彌散燃料芯塊。

2.根據權利要求1所述的一種惰性基彌散燃料芯塊的快速制備工藝，其特征在于，所述步驟(1)中的燒結助劑的粒徑為20nm～50μm，所述燒結助劑為氧化鋁、氧化釔和二氧化硅中的一種或多種。

3.根據權利要求1所述的一種惰性基彌散燃料芯塊的快速制備工藝，其特征在于，所述步驟(1)中的碳化硅粉末的粒徑為20nm～50μm。

4.根據權利要求1所述的一種惰性基彌散燃料芯塊的快速制備工藝，其特征在于，所述步驟(1)中的濕混溶劑為無水乙醇或丙酮。

5.根據權利要求1所述的一種惰性基彌散燃料芯塊的快速制備工藝，其特征在于，所述步驟(1)中分散劑為聚乙烯亞胺。

6.根據權利要求1～5任意一項所述的一種惰性基彌散燃料芯塊的快速制備工藝，其特征在于，所述步驟(2)中的TRISO顆粒為一種含二氧化鈾的標準型核燃料球狀顆粒，該顆粒三結構各向同性，直徑為0.8～1.0mm。

7.根據權利要求6所述的一種惰性基彌散燃料芯塊的快速制備工藝，其特征在于，所述步驟(2)中的碳化硅包覆層的重量為TRISO顆粒自身重量的135～265％。

8.根據權利要求6所述的一種惰性基彌散燃料芯塊的快速制備工藝，其特征在于，所述步驟(2)中，可通過控制氣壓噴霧裝置噴涂時間來控制碳化硅包覆層的厚度和重量。