[發明專利]一種二氧化鈾單晶/納米金剛石復合燃料及其制備方法

有效

• 申請號: 202010789758.3
• 申請日: 2020-08-07
• 公開（公告）號: CN112071444B
• 公開（公告）日: 2023-10-27
• 發明（設計）人: 嚴超;林俊;王鵬;曹長青;張鋒;黃鶴;朱智勇;尤?;盧俊強;朱麗兵
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海應用物理研究所;上海核工程研究設計院股份有限公司
• 主分類號: G21C3/62
• 分類號: G21C3/62;G21C3/58;G21C21/02;G21C21/16
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 余永莉

1.一種二氧化鈾單晶/納米金剛石核燃料芯塊的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、提供一種UO₂單晶；

S2、UO₂單晶熱處理：將步驟S1制備的UO₂單晶經過超聲清洗除去雜質，自然晾曬后裝入坩堝，在燒結爐內進行高溫退火，獲得結構完整的UO₂單晶顆粒；

S3、UO₂單晶涂層包覆：將步驟S2制備的UO₂單晶顆粒過篩處理，選取一定粒徑的UO₂單晶顆粒，采用化學氣相沉積的方法在UO₂單晶顆粒表面涂覆一層熱解炭涂層，得到包覆型UO₂單晶顆粒；

S4、粉體混合：將步驟S3制備的包覆型UO₂單晶顆粒、納米金剛石粉體與燒結劑按照一定的體積比放入混料罐內密封混合；

S5、裝料：根據模具尺寸，裁剪適當的碳氈，表面噴涂氮化硼噴劑，放置于干燥箱烘干，將噴涂氮化硼噴劑的碳氈墊于模具內側及兩端，緩緩加入步驟S4制備的混合粉體，不斷振動搖晃，避免混合物分層聚集，必要時可通過壓片機加壓；以及

S6、致密化燒結：將壓制好的模具進行放電等離子體快速燒結，即可獲得一種二氧化鈾單晶/納米金剛石復合燃料芯塊。

2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟S1中，所述UO₂單晶采用電解方法制備。

3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟S2中，UO₂單晶高溫處理溫度為1200℃～1800℃，升/降溫速率為3～20℃/min，保溫時間為2～10h，燒結氣氛為Ar。

4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟S3中，選取的UO₂單晶的粒徑為50～800μm。

5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟S3中，包覆氣體為乙炔及Ar，溫度為1300～1600℃，時間為0.5～3h，所述熱解炭涂層的厚度為10～50μm。

6.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟S4中，納米金剛石粉體的粒徑范圍為0.01～10μm。

7.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟S4中，單晶UO₂顆粒的體積含量80％，燒結劑為阿克蠟或硬脂酸鋅，燒結劑的用量為0.05wt％～0.5wt％。

8.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟S5中，氮化硼噴劑的烘干溫度為200～300℃，烘干時間5～30min。

9.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟S6中，燒結條件為燒結溫度1300℃～1500℃，保溫時間為5～30min，升溫速率為50～150℃/min，燒結壓力40～100MPa，燒結氣氛為Ar。

10.一種根據權利要求1～9中任意一項所述的制備方法制備得到的二氧化鈾單晶/納米金剛石核燃料芯塊。