[發(fā)明專利]一種Al-NpO2彌散芯塊的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710472261.7
• 申請日: 2017-06-20
• 公開（公告）號: CN107398553B
• 公開（公告）日: 2019-08-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳學(xué)志;尹邦躍
• 申請（專利權(quán)）人: 中國原子能科學(xué)研究院
• 主分類號: B22F1/00
• 分類號: B22F1/00;B22F3/02;B22F3/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明屬于輻射防護技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種Al?NpO₂彌散芯塊的制備方法。所述的制備方法包括如下步驟：1)粉末混合：按質(zhì)量比1∶(0.25～0.27)∶(0.06～0.18)∶(0.06～0.18)∶(0.06～0.18)將鋁粉、NpO₂粉、聚乙二醇粉末、硬脂酸粉末、石蠟粉末混合均勻；2)模壓成型：將混合后的粉末置于模具中進行模壓成型，脫膜后形成Al?NpO₂彌散芯塊生坯；3)真空燒結(jié)：將所得Al?NpO₂彌散芯塊生坯進行真空燒結(jié)，制得Al?NpO₂彌散芯塊。用本發(fā)明的Al?NpO₂彌散芯塊的制備方法，可以減少制備過程中鋁粉的氧化，進一步提高制備得到的Al?NpO₂的彌散芯體的密度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于輻射防護技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種Al-NpO₂彌散芯塊的制備方法。

背景技術(shù)

Al-NpO₂彌散芯塊是用于制備彌散镎靶件的芯體。作為一種較為常用的镎靶件，Al-NpO₂彌散芯塊具有導(dǎo)熱性能好、包容裂變產(chǎn)物能力強、后處理方便等優(yōu)點。而且，為了便于反應(yīng)堆輻照，提高輻照效率，在某些情況下，需要將Al-NpO₂彌散芯塊制成環(huán)形薄壁結(jié)構(gòu)。當前，制備Al-NpO₂彌散芯塊的方法主要有共熱擠壓法和粉末冶金無壓燒結(jié)法。

共熱擠壓法是國外常用的一種方法，其主要包括混料、預(yù)壓、裝管、共熱擠壓幾個步驟，具體流程如下：首先將鋁粉與NpO₂粉末均勻混合，再放入模具內(nèi)100MPa預(yù)壓；之后將壓坯裝入鋁合金包殼管內(nèi)，放入共擠壓機內(nèi)加熱到610℃，進行熱擠壓，此時芯塊與包殼結(jié)合形成靶件。利用共熱擠壓法制備Al-NpO₂彌散芯塊的優(yōu)點為：可獲得接近全致密的彌散芯塊；芯塊不需機械加工；芯塊與鋁合金包殼界面實現(xiàn)冶金結(jié)合，不存在氣隙，有利于傳熱。但是，共熱擠壓法制備Al-NpO₂彌散芯塊也存在如下難以克服的缺點：當硬脆的NpO₂含量較高時共熱擠壓難以進行；在610℃以上共熱擠壓時鋁將與NpO₂反應(yīng)形成熱導(dǎo)率較低、脆性很高的NpAl₄金屬間化合物和Al₂O₃；制備環(huán)形、薄壁芯塊的難度較大，設(shè)備復(fù)雜，廢品率較高，生產(chǎn)效率較低。

粉末冶金無壓燒結(jié)法是本申請人之前自主研發(fā)的制備Al-NpO₂彌散芯塊的方法。其主要包括鋁粉造粒、混料、壓制、燒結(jié)幾個步驟，具體流程如下：首先將鋁粉與聚乙烯醇溶液(PVA)混合造粒，得到造粒后鋁粉；再將鋁粉與NpO₂粉末均勻混合，放入模具內(nèi)450MPa壓制成型；之后將壓坯放入真空燒結(jié)爐內(nèi)490℃、10^-2-10^-3Pa的真空條件下燒結(jié)1～2h，得到燒結(jié)芯塊。該方法相對于共熱擠壓法的優(yōu)點在于：在常溫下冷壓成型，燒結(jié)溫度低于600℃，鋁不會與NpO₂反應(yīng)形成其它相；工藝和設(shè)備簡單，成品率高，生產(chǎn)效率較高。但此方法依然存在如下的不足：需要對鋁粉進行PVA濕法造粒處理，鋁粉才能滿足壓制成型要求，這增加了鋁粉被氧化的風(fēng)險，通過濕法造粒的鋁粉，在常溫下較難壓制；同時，在鋁中混合較多的NpO₂粉末也會嚴重阻礙鋁的燒結(jié)致密化，這些原因?qū)е码y以獲得較高密度的Al-20％NpO₂彌散芯塊。因此，利用此種方法獲得的芯塊相對密度最高為92±1％TD，尚存在一定的提升空間。而高密度不但可以提升Al-NpO₂芯塊的熱導(dǎo)率，還可以提高镎靶件的輻照安全性，從而還可以提升镎靶件中NpO₂的裝載量，進而提高輻照同位素生產(chǎn)的經(jīng)濟性。所以，高密度Al-NpO₂彌散芯塊的研制具有極其重要的現(xiàn)實意義。