[發(fā)明專利]一種高輻照穩(wěn)定性的金屬型燃料芯塊的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810100350.3
• 申請日: 2018-02-01
• 公開（公告）號: CN108417278B
• 公開（公告）日: 2019-12-31
• 發(fā)明（設計）人: 高瑞;楊振亮;李冰清;張鵬程;褚明福;唐浩;鐘毅;劉徐徐;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: G21C3/60
• 分類號: G21C3/60;G21C21/16
• 代理公司: 51239 成都眾恒智合專利代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 王世權

本發(fā)明公開了一種高輻照穩(wěn)定性的金屬型燃料芯塊的制備方法，包括以下步驟，步驟一：將鈾基合金粉末與碳基納米材料按體積比99.9?99:1?0.1的比例混合后，置于尼龍球磨罐中，添加3倍質量的氧化鋯研磨球，混合24h，得到混合粉；步驟二：將混合粉進行無壓燒結、熱壓燒結、放電等離子燒結或閃燒，保溫保壓結束后隨爐冷卻，取出后加工成型，即得到金屬型燃料芯塊。使用該方法制備得到的金屬性燃料芯塊，其具有高鈾裝量、高導熱、抗輻照性能好、裂變氣體容納能力強、力學性能優(yōu)異的優(yōu)勢，可作為核反應堆的新型核燃料。

技術領域

本發(fā)明涉及一種高輻照穩(wěn)定性的金屬型燃料芯塊的制備方法。

背景技術

相對于商用反應堆中最常用的UO₂燃料，基于鈾基合金的金屬型核燃料具有鈾裝量高、熱導率高的優(yōu)勢，但由于金屬型核燃料在輻照條件下有較大程度的腫脹變形，因此限制了該類型芯塊在核反應堆中的應用。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是為了解決上述技術問題，提供一種金屬型燃料芯塊的制備方法，提高了金屬型燃料芯塊的熱物理性能、力學性能和輻照穩(wěn)定性，從而使該類型芯塊具備在核反應堆中應用的條件。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案如下：

一種高輻照穩(wěn)定性的金屬型燃料芯塊的制備方法，包括以下步驟，

步驟一：將鈾基合金粉末與碳基納米材料按體積比99.9-99:1-0.1的比例混合后，置于尼龍球磨罐中，添加3倍質量的氧化鋯研磨球，混合24h，得到混合粉；

步驟二：將混合粉進行無壓燒結、熱壓燒結、放電等離子燒結或閃燒，保溫保壓結束后隨爐冷卻，取出后加工成型，即得到金屬型燃料芯塊。

具體的說，所述鈾基合金為U-Mo、U-Zr或U₃Si₂，其粒徑為5μm～100μm，²³⁵U富集度1-5％。

具體的說，所述碳基納米材料為以下任意一種或多種：粒徑為20nm-2μm的SiC顆粒，直徑為20nm-200nm、長度為5-20μm的SiC晶須，直徑為5nm-100nm、長度為1-20μm的碳納米管，平面長度為100nm-200μm的石墨烯。

進一步的，所述步驟二中，當燒結方式為無壓燒結時，其步驟為：將混合粉在100-400Mpa條件下模壓成型，得到燃料芯塊素坯，再將燃料芯塊素坯置于氣氛燒結爐中，以1-10℃/min的速率升溫至一定溫度，保溫30-60min，再以1-10℃/min的速率升溫至800-1200℃，保溫1-5h；所述氣氛為真空或氬氣氣氛保護。

作為另一種燒結方式，所述步驟二中，當燒結方式為熱壓燒結時，其步驟是：將混合粉置于石墨模具中，抽真空至5×10^-2-5×10^-1Pa，在20-100MPa的燒結壓力條件下，以1-20℃/min的速率升溫至800-1200℃并保溫1-4h；燒結氣氛為氬氣氣氛。

作為另一種燒結方式，所述步驟二中，當燒結方式為放電等離子體燒結時，其步驟是是：將混合粉置于石墨模具中，抽真空至5×10^-2-5×10^-1Pa，之后充氬氣至10-60kPa；在20-100MPa的燒結壓力條件下，以50-1000℃/min的速率升溫至700-1200℃，并保溫1-30min。

作為另一種燒結方式，所述步驟二中，當燒結方式為閃燒時，其步驟是：將混合粉置于石墨或金屬模具中，抽真空至5×10^-2-5×10^-1Pa，之后充氬氣至10-60kPa；以400-2000℃/min的速率升溫至700-1200℃，并保溫10s-5min。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果：