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[發明專利]一種新型彌散燃料及其制造方法在審

專利信息
申請號: 201711498475.8 申請日: 2017-12-29
公開(公告)號: CN109994223A 公開(公告)日: 2019-07-09
發明(設計)人: 劉仕超;焦擁軍;陳平;李文杰;涂騰;李偉;高士鑫;何梁;歐大鵬 申請(專利權)人: 中國核動力研究設計院
主分類號: G21C3/58 分類號: G21C3/58;G21C21/02
代理公司: 核工業專利中心 11007 代理人: 閆兆梅
地址: 610041 四*** 國省代碼: 四川;51
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摘要:
搜索關鍵詞: 彌散 無燃料 生坯 燃料區 柱狀芯 燃料 制備 圓筒狀 短纖維復合材料 制造 反應堆燃料 加工性能 顆粒分布 磨削加工 燃料芯塊 熱壓燒結 陶瓷基 圓片狀 制備柱 外部 包殼 芯塊 柱狀 體內
【權利要求書】:

1.一種新型彌散燃料,其特征在于:包括柱狀芯塊(1)和包殼(2),包殼(2)包裹在柱狀芯塊(1)外部,柱狀芯塊(1)包括燃料區和無燃料層(13),無燃料層(13)包裹在燃料區外部,燃料區包括TRISO顆粒(11)和SiC基體(12),TRISO顆粒彌散于SiC陶瓷基體(12)內。

2.根據權利要求1所述的一種新型彌散燃料,其特征在于:所述TRISO顆粒(11)為球形結構,由內到外依次為燃料核芯(111)、疏松熱解碳層(112)、內部致密熱解碳層(113)、致密碳化硅層(114)、外部致密熱解碳層(115)。

3.根據權利要求2所述的一種新型彌散燃料,其特征在于:所述燃料核芯(111)為氮化鈾芯體或UO2-PuO2芯體;燃料核芯(111)的直徑為800μm-1000μm。

4.根據權利要求1所述的一種新型彌散燃料,其特征在于:所述柱狀芯塊(1)含有倒角和蝶形結構,柱狀芯塊(1)內可以根據需要彌散有氧化鉺可燃毒物。

5.根據權利要求1所述的一種新型彌散燃料,其特征在于:所述無燃料區的材料為SiC/SiC短纖維復合材料,厚度為0.1mm~2mm。

6.一種彌散燃料的制造方法,其特征在于:包括如下步驟:

步驟(1)、將TRISO顆粒(11)與納米級SiC粉末、5wt%燒結助劑混合,制備柱狀芯塊(1)生坯;

步驟(2)、使用流延成型工藝制備SiC/SiC短纖維復合材料生帶;

步驟(3)、將SiC/SiC短纖維復合材料生帶纏繞于實芯鋼棒表面,纏繞層數為2~5層,棒狀實芯鋼表面光滑,無明顯缺陷,表面涂有二甲基硅油作為脫模劑,將表面纏繞有SiC生帶的柱狀芯體(1)做等靜壓處理,等靜壓的壓力為80~200MPa,保壓時間為20~200s,將等靜壓后的生坯,從柱狀芯體(1)上脫下,獲得圓筒狀無燃料區(13)生坯;

步驟(4)、將SiC/SiC短纖維復合材料生帶多層疊加,疊加層數為2~10層,經沖壓制備成圓片狀無燃料區(13)生坯;

步驟(5)、將柱狀燃料區(13)生坯置于圓筒狀無燃料區生坯內,上下放置圓片狀無燃料層生坯,經熱壓燒結制備成柱狀芯塊(1),燒結氣氛為氬氣,壓力為15MPa,燒結溫度為1850℃,燒結時間為1h;

步驟(6)、對柱狀芯塊(1)進行磨削加工,得到新型彌散燃料芯塊。

7.根據權利要求6所述的一種彌散燃料的制造方法,其特征在于:所述步驟(2)中,SiC/SiC短纖維復合材料生帶的流延成型制造方法,其具體步驟如下:

步驟(2.1)、將SiC纖維裁剪為長度為4~8mm的短纖維,與SiC粉末及燒結助劑,,燒結助劑Al2O3:Y2O3的摩爾比為3:2,球磨混合,其中,SiC纖維與SiC顆粒的體積比為35:65,燒結助劑占全部SiC總量的4~8wt.%,球磨介質為無水乙醇,混合時間為8h,球料比為5:1,混合后經60℃干燥獲得混合粉體;

步驟(2.2)、將50~60wt.%混合粉體、與30~45wt.%有機溶劑,其中酒精與甲苯的體積比為2:3和0.5~2wt.%分散劑四甲基氫氧化銨混合,球磨8h獲得穩定分散的懸浮液;

步驟(2.3)、向獲得的懸浮液中加入4~8wt.%粘接劑、2~6wt.%增塑劑和1wt.%消泡劑,球磨混合2h,在真空條件下除泡10~40min,獲得穩定分散的SiC/SiC短纖維復合材料漿料;

步驟(2.4)、將獲得的SiC/SiC短纖維復合材料漿料倒入流延機的漿料漏斗內,進行流延成型,流延速度為20cm/min~40cm/min,干燥溫度為50℃,刀口高度為30μm~50μm可調,將干燥的SiC/SiC短纖維復合材料生帶從流延機上剝離,獲得厚度為30-50μm的生帶。

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