[發明專利]一種環形FCM芯塊制備方法

在審

• 申請號: 201711391729.6
• 申請日: 2017-12-21
• 公開（公告）號: CN108249926A
• 公開（公告）日: 2018-07-06
• 發明（設計）人: 劉文濤;周續;董秋實;李宗書;孟瑩;郝若彤
• 申請（專利權）人: 中核北方核燃料元件有限公司
• 主分類號: C04B35/565
• 分類號: C04B35/565;G21C3/64;C04B35/628
• 代理公司: 核工業專利中心 11007
• 代理人: 張雅丁

本發明涉及核燃料芯塊制備技術領域，具體公開了一種環形FCM芯塊制備方法，包括以下步驟：步驟1，模具加工；步驟2，TRISO顆粒穿衣混料；步驟3，環形FCM芯塊成型；步驟4，環形FCM芯塊燒結。采用本發明方法制備的環形FCM芯塊，表面外觀良好，其密度、化學成分均滿足技術指標要求，可以應用于輕水堆。

技術領域

本發明屬于核燃料芯塊制備技術領域，具體涉及一種環形FCM芯塊制備方法。

背景技術

核燃料元件是反應堆的核心部件，其先進性和安全性是反應堆的先進性和安全性的重要基礎。FCM芯塊是為輕水堆中使用的高燃耗鈾所設計，是將TRISO顆粒封裝在SiC基體中，整體穩定性高且兼具很高的熱導率，與冷卻劑有較好的兼容性。全陶瓷基體包覆使其釋放出的裂變氣體和腐蝕性裂變產物很少，在發生事故時容錯性高，安全有保證。

常規FCM芯塊形狀為實心，在輻照過程中的中心溫度、中心與邊緣溫差及芯塊輻照腫脹和芯塊開裂傾向均較大，存在一定的安全隱患。

發明內容

本發明的目的在于提供一種環形FCM芯塊制備方法，可進一步降低芯塊在輻照過程中的中心溫度。

本發明的技術方案如下：

一種環形FCM芯塊制備方法，包括以下步驟：

步驟1，模具加工；

根據環形芯塊的幾何外形，加工包含環形中空腔體的環形芯塊成型模具；

步驟2，TRISO顆粒穿衣混料；

步驟2.1，在TRISO顆粒表面涂覆一層粘結劑，粘結劑為用無水乙醇稀釋的丙三醇；

步驟2.2，將涂覆有粘結劑的TRISO顆粒與SiC粉末放入容器中，使TRISO顆粒與SiC粉末均勻混合，并在TRISO顆粒表面均勻地粘結一層SiC粉末，作為成型原料；

步驟3，環形FCM芯塊成型；

采用成型模具對成型原料進行壓制成型；

步驟4，環形FCM芯塊燒結；

采用放電等離子燒結技術進行環形FCM芯塊的燒結，最終得到環形FCM芯塊。

步驟1中所述的成型模具的材料為鋼材。

步驟3，采用鋼制模具進行雙向成型，成型壓力為2.0～3.0kN，升壓速率為0.8～1.0KN/s，保壓時間為10～15s。

步驟1中所述的成型模具的材料為橡膠。

步驟3，采用橡膠模具進行冷等靜壓成型，成型壓強為160～250MPa，保壓時間為10～15s。

步驟2.1中丙三醇的濃度為10～13％。

步驟2.2，采用“表面涂覆”的粘結方式，使TRISO顆粒與SiC粉末均勻混合，并在TRISO顆粒表面均勻地粘結一層SiC粉末。

步驟4，燒結溫度為1600±50℃，燒結時間為33±5min，升溫速率為100±10℃/min。

本發明的顯著效果在于：

采用本發明方法制備的環形FCM芯塊，表面外觀良好，其密度、化學成分均滿足技術指標要求，可以應用于輕水堆，能有效提高堆芯熱導率、降低裂變氣體和腐蝕性裂變產物的釋放和產生、降低芯塊在輻照過程中的中心溫度、中心與邊緣溫差及芯塊輻照腫脹和芯塊開裂傾向，提高芯塊的上限溫度。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發明作進一步詳細說明。

一種環形FCM芯塊制備方法，包括以下步驟：