[發(fā)明專利]高熵陶瓷惰性基彌散燃料芯塊及其制備方法

有效

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• 申請日: 2021-07-22
• 公開（公告）號: CN113603490B
• 公開（公告）日: 2022-10-25
• 發(fā)明（設計）人: 薛佳祥;吳利翔;張顯生;任啟森;廖業(yè)宏;張永棟
• 申請（專利權）人: 中廣核研究院有限公司;中國廣核集團有限公司;中國廣核電力股份有限公司
• 主分類號: C04B35/56
• 分類號: C04B35/56;C04B35/58;C04B35/622;G21C3/62;G21C3/64;G21C21/02
• 代理公司: 深圳市瑞方達知識產權事務所(普通合伙) 44314
• 代理人: 林儉良;王少虹

1.一種高熵陶瓷惰性基彌散燃料芯塊的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、將原料粉體分別制成漿料和混合粉體；

所述原料粉體包括五種或五種以上的金屬粉體、金屬氧化物粉體或金屬氫化物粉體；所述金屬粉體、金屬氧化物粉體和金屬氫化物粉體中的金屬包括Zr、Ti、Nb、Ta、V、Cr、Mo和W中至少五種；所述原料粉體的粒徑為10nm～200μm；所述原料粉體的各粉體之間的摩爾比為1:1；

S2、將所述漿料噴涂在滾動的燃料顆粒表面，烘干后形成粘附在燃料顆粒表面的包覆層；

S3、將一部分所述混合粉體與帶有包覆層的燃料顆粒按比例混合后，壓制形成柱狀的核心素坯；將另一部分所述混合粉體壓制形成筒狀的核殼素坯；

S4、將所述核心素坯裝入所述核殼素坯內，在第一設定氣氛下進行熱處理，使所述核心素坯和核殼素坯中的原料粉體進行原位反應，得到陶瓷坯體；

所述熱處理的溫度為800℃-1200℃；

S5、將所述陶瓷坯體在第二設定氣氛下進行固熔燒結，形成致密化的高熵陶瓷惰性基彌散燃料芯塊；固熔燒結的溫度為1300℃-1550℃；

在所述原料粉體為五種或五種以上的金屬粉體、五種或五種以上的金屬氧化物粉體或五種或五種以上的金屬氫化物粉體的混合粉體時，步驟S4中，所述第一設定氣氛為氮氣；在氮氣氣氛下，各金屬粉體、金屬氧化物或者金屬氫化物分別與氮氣進行原位反應，生成氮化物陶瓷；

步驟S5中，所述第二設定氣氛為真空、氬氣、氦氣或氮氣。

2.根據權利要求1所述的高熵陶瓷惰性基彌散燃料芯塊的制備方法，其特征在于，步驟S1包括：

S1.1、將原料粉體與分散劑、有機溶劑進行混合形成漿料；

S1.2、將部分所述混合漿料通過干燥處理形成混合粉體；或者，將原料粉體與分散劑混合形成混合粉體。

3.根據權利要求2所述的高熵陶瓷惰性基彌散燃料芯塊的制備方法，其特征在于，在所述漿料中，所述有機溶劑與所述原料粉體的質量比例為1：1～3：1；所述分散劑占所述原料粉體的質量百分比為0.5%～4%。

4.根據權利要求2所述的高熵陶瓷惰性基彌散燃料芯塊的制備方法，其特征在于，所述分散劑為聚乙烯亞胺、四甲基氫氧化銨中至少一種；所述有機溶劑為無水乙醇、丙酮中至少一種。

5.根據權利要求1所述的高熵陶瓷惰性基彌散燃料芯塊的制備方法，其特征在于，步驟S2中，所述燃料顆粒包括TRISO顆粒、UO₂、UC、UC₂、UN、UCN、UCO、U₃Si₂、U合金、PuO₂、PuC、PuN、Pu合金中至少一種；

所述TRISO顆粒的核心包括UO₂、UC、UC₂、UN、UCN、UCO、U₃Si₂、U合金中至少一種。

6.根據權利要求1所述的高熵陶瓷惰性基彌散燃料芯塊的制備方法，其特征在于，步驟S2中，所述燃料顆粒在滾動的同時加熱到50℃～100℃；采用氣壓噴霧裝置將所述漿料噴涂在燃料顆粒表面。

7.根據權利要求1所述的高熵陶瓷惰性基彌散燃料芯塊的制備方法，其特征在于，步驟S3中，所述核心素坯在10MPa～100MPa的壓力下成型；所述核殼素坯在30MPa～400MPa的壓力下成型。