[發明專利]一種鈾基三元碳化物的制備方法及其應用

有效

• 申請號: 201710238568.0
• 申請日: 2017-04-13
• 公開（公告）號: CN107010960B
• 公開（公告）日: 2020-03-24
• 發明（設計）人: 李冰清;楊振亮;高瑞;張鵬程;賈建平;唐浩;劉徐徐;鐘毅;段麗美;黃奇奇;王志毅
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院材料研究所
• 主分類號: C04B35/56
• 分類號: C04B35/56;C04B35/645;G21C3/58
• 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

1.一種鈾基三元碳化物的制備方法，其特征在于，由鈾化物與過渡金屬碳化物通過反應燒結制備而成，具體包括以下步驟：

步驟A、原料的準備：所述原料的總質量百分含量之和按100％計，包括以下組分：10-89.9wt.％鈾化物粉末、10-89.9wt.％過渡金屬碳化物粉末、0-11.4％碳粉粉末、以及潤滑劑0.1wt.％阿克蠟，

將上述組分置于尼龍球磨罐中，以上述組分的總質量計，添加1-2倍所述總質量的酒精以及3倍所述總質量的氧化球，濕混磨球24h，之后在70-100℃烘干24h，過篩后即得原料；

步驟B、將步驟A所得原料置于設計好的燒結模具中進行反應燒結制得高穩定性的鈾基三元碳化物。

2.根據權利要求1所述的一種鈾基三元碳化物的制備方法，其特征在于，所述原料的總質量百分含量之和按100％計，包括以下組分：10-89.9wt.％碳化鈾粉末、10-89.9wt.％過渡金屬碳化物粉末、以及潤滑劑0.1wt.％阿克蠟。

3.根據權利要求1所述的一種鈾基三元碳化物的制備方法，其特征在于，所述原料的總質量百分含量之和按100％計，包括以下組分：10-80wt.％二氧化鈾粉末、10-80wt.％過渡金屬碳化物粉末、1.1-11.4％碳粉粉末、以及潤滑劑0.1wt.％阿克蠟。

4.根據權利要求2所述的一種鈾基三元碳化物的制備方法，其特征在于，所述碳化鈾粉末中²³⁵U的富集度為2％-20％、粒徑為5-40μm。

5.根據權利要求3所述的一種鈾基三元碳化物的制備方法，其特征在于，所述二氧化鈾粉末中²³⁵U的富集度為2％-20％，粒徑為5-40μm；所述碳粉粉末的粒徑為5-20μm，且其為石墨粉、鱗片石墨或者炭黑中的任意一種；所述二氧化鈾粉末與碳粉粉末的質量比為7:1-8:1。

6.根據權利要求1-5任意一項所述的一種鈾基三元碳化物的制備方法，其特征在于，所述過渡金屬碳化物粉末的粒徑為5-40μm，且其為碳化鋯、碳化鈮、碳化鈦、碳化鉻或者碳化釩中的任意一種。

7.根據權利要求6所述的一種鈾基三元碳化物的制備方法，其特征在于，所述步驟B中的反應燒結為熱壓燒結，具體步驟為：將熱壓燒結模具抽真空至5×10^-2-5×10^-1Pa，以5-20℃/min的速率升至600℃并保溫0.5-2h進行脫脂；之后充氬氣至10-50kPa，以5-10℃/min的速率升溫至1900-2100℃并保溫1-4h，同時施加20-100MPa的燒結壓力，保溫保壓結束后爐冷。

8.根據權利要求6所述的一種鈾基三元碳化物的制備方法，其特征在于，所述步驟B中的反應燒結為等離子燒結，具體步驟為：將放電等離子燒結模具抽真空至5×10^-2-5×10^-1Pa，之后充氬氣至10-60kPa；以100-200℃/min升溫至1600℃，以50-100℃/min的升溫速率升至1700-2000℃并施加20-100MPa的燒結壓力，保溫5-60min，保溫保壓結束后爐冷。

9.權利要求1-8任意一項制備方法制得的鈾基三元碳化物按照核電站的事故容錯核燃料或核動力火箭的核燃料的尺寸加工成核燃料芯塊的應用。