[發(fā)明專利]一種氮化鈾復(fù)合鈾三硅二燃料芯塊的制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911335506.7
• 申請日: 2019-12-20
• 公開（公告）號: CN113012834A
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李宗書;杜江平;何勇;劉文濤;郝若彤;喬偉;隋政;孟瑩
• 申請（專利權(quán)）人: 中核北方核燃料元件有限公司
• 主分類號: G21C21/02
• 分類號: G21C21/02;G21C21/16
• 代理公司: 核工業(yè)專利中心 11007
• 代理人: 呂巖甲

本發(fā)明屬于氮化鈾復(fù)合燃料芯塊制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種氮化鈾復(fù)合鈾三硅二燃料芯塊的制備方法。通過金屬鈾和單質(zhì)硅真空感應(yīng)熔煉制備得到U₃Si₂錠，破碎球磨后得到U₃Si₂粉末；金屬鈾通過循環(huán)氫化脫氫制備得到金屬鈾粉，氮化得到鈾氮化合物；將鈾氮化合物置于石墨模具中預(yù)壓后，連同模具與鈾氮化合物一起在鎢鉬燒結(jié)爐中高溫脫氮，脫氮后得到塊狀UN材料，經(jīng)過破碎球磨后，制備得到可在室溫下穩(wěn)定存在的UN粉末；將UN粉末與10～80wt％U₃Si₂粉末，采用干法三維混料或以乙醇為介質(zhì)濕法球磨混料后，得到UN?U₃Si₂混合粉末，采用無壓燒結(jié)或熱壓燒結(jié)制備得到UN?U₃Si₂復(fù)合燃料芯塊。該芯塊具有更高的鈾密度和更高的導(dǎo)熱系數(shù)和一定抗蒸汽氧化能力，增強(qiáng)了系統(tǒng)承受嚴(yán)重事故條件的整體能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于氮化鈾復(fù)合燃料芯塊制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種氮化鈾復(fù)合鈾三硅二燃料芯塊的制備方法。

背景技術(shù)

目前國外廣泛使用的工藝制備方法是將U₃Si₂與UN混合后，通過液相燒結(jié)、放電等離子燒結(jié)工藝制備得到UN-U₃Si₂復(fù)合燃料，但對制備過程敘述不清晰，且國內(nèi)對該復(fù)合燃料的研究尚未見報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種氮化鈾復(fù)合鈾三硅二燃料芯塊的制備方法，制備的UN-U₃Si₂復(fù)合燃料與傳統(tǒng)的UO₂燃料芯塊相比，具有更高的鈾密度和更高的導(dǎo)熱系數(shù)和一定抗蒸汽氧化能力，增強(qiáng)了系統(tǒng)承受嚴(yán)重事故條件的整體能力。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案為：

一種氮化鈾復(fù)合鈾三硅二燃料芯塊的制備方法，

(1)通過金屬鈾和單質(zhì)硅真空感應(yīng)熔煉制備得到U₃Si₂錠，破碎球磨后得到U₃Si₂粉末；

(2)金屬鈾通過循環(huán)氫化脫氫制備得到金屬鈾粉，氮化得到鈾氮化合物；

(3)將鈾氮化合物置于石墨模具中預(yù)壓后，連同模具與鈾氮化合物一起在鎢鉬燒結(jié)爐中高溫脫氮，脫氮后得到塊狀UN材料，經(jīng)過破碎球磨后，制備得到可在室溫下穩(wěn)定存在的UN粉末；

(4)將UN粉末與10～80wt％U₃Si₂粉末，采用干法三維混料或以乙醇為介質(zhì)濕法球磨混料后，得到UN-U₃Si₂混合粉末，采用無壓燒結(jié)或熱壓燒結(jié)制備得到UN-U₃Si₂復(fù)合燃料芯塊。

所述的步驟(2)，金屬鈾通過1～5次循環(huán)氫化脫氫制備得到金屬鈾粉。

所述的步驟(2)，氮化得到鈾氮化合物UN_x，1＜X≤2。

所述的步驟(3)，連同模具與鈾氮化合物一起在鎢鉬燒結(jié)爐中加熱至1360～1460℃高溫脫氮。

所述的步驟(4)，若采用無壓燒結(jié)，則在1550～1630℃真空或惰性氣體環(huán)境中燒結(jié)，保溫時(shí)間4～7小時(shí)。

所述的步驟(4)，若采用熱壓燒結(jié)，則置于熱壓模具中，熱壓壓力30～70MPa，熱壓溫度1450～1600℃，熱壓時(shí)間1～2.5小時(shí)。

本發(fā)明所取得的有益效果為：