一种耐高温材料基体弥散燃料制备方法

技术领域

本发明属于核燃料芯块制备技术领域，具体涉及一种耐高温材料基体弥散燃料制备方法。

背景技术

小型化移动核能系统是国家非对称实力的重要体现，在水下、车载、飞行平台应用中提出迫切需求。与常规能源相比，核反应堆电源具有能量密度高、不依赖于运行环境、运行寿期长的优势。研究基于热管固态反应堆和小型高效动态能量转换的无人潜航器一体自控核电系统关键技术并开展核电系统方案设计，对我国无人潜航器动力发展，进一步推进我国深海战略具有重要意义。针对金属弥散反应堆移动电源中反应堆设计和燃料工程方面的要求，综合考虑反应堆设计对燃料元件的要求以及各类材料的核性能、高温运行性能，选择耐高温材料基体弥散燃料。钨基金属陶瓷具有耐高温、抗辐照损伤、热物理性能优良等特点，是一种可用于小型模块化反应堆的先进燃料体系。碳化铀除了有和二氧化铀一样的高熔点、膨胀各向同性及良好的辐照行为和机械性能外，还具有高热导率、铀密度高等特点，是一种很有潜力的先进燃料。目前，国际上对钨基金属陶瓷燃料开展了轧制试验，观察了其微观结构变化。国内原子能院采用了通氢烧结、SPS烧结等工艺，获得了钨基二氧化铀芯块。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐高温材料基体弥散燃料制备方法。基于背景技术存在的技术问题，针对金属弥散热管反应堆对燃料各方面性能的要求，本发明提出一种新型的耐高温材料基体弥散燃料的技术方案，将UC燃料弥散分布到钨基体中的新型燃料，UC在铀密度、高温热导率等性能方面领先UO

为达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：

一种耐高温材料基体弥散燃料制备方法，

1)原料准备：总体积占比为30％—50％的UC颗粒，总体积占比为70％—50％的球形W粉末；

2)将UC颗粒、球形W粉末和2wt％质量占比的粘结剂进行混合，混料后得到UC颗粒均匀分散到W基体中；

3)将混合后的燃料粉末采用模压成型的方式制备生坯，使用硬脂酸锌混合四氯化碳作为成型润滑剂；

4)采用高温烧结工艺进行耐高温材料基体弥散燃料芯块的烧结，烧结气氛为真空或氩气气氛。

1)原料准备：球形W粉末纯度≥99.9％。

1)原料准备：球形W粉末平均粒径为75μm。

2)粘结剂为硬脂酸。

2)粘结剂为石蜡。

2)使用三维混料机将球形W粉末、UC颗粒和粘结剂进行混合。

2)混料时间为0.5～8h。

3)生坯为圆柱形、六方形。

3)成型压强为50～200MPa，保压时间3～40s。

4)烧结温度1580～1950℃，保温时间控制在0.5～3h。

本发明所取得的有益效果为：

通过本发明的制备技术方法，制备得到了一种新型的钨基金属陶瓷燃料，未来可用于小型模块化反应堆，具备一定的应用前景。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。

按照烧结完成后UC颗粒不同的体积占比取一定量UC颗粒并将其与可挥发性溶液进行预混，烘干后得到表面均匀附着铀粘结剂的UC颗粒，再将UC颗粒与粒径为50～100μm球形W粉末在粘结剂作用下混合，实现UC颗粒均匀分布于球形W粉中，得到混合后的粉末。使用钢模在10～60kN的压力下进行预压成型，将成型后的芯坯在保护性气体或真空条件下高温烧结，烧结的温度为1580～1950℃，保温时间为0.5～3h，制备出耐高温材料基体弥散燃料芯块。

1)原料准备：总体积占比为30％—50％的UC颗粒(U

2)将UC颗粒、球形W粉末和2wt％质量占比的粘结剂进行混合，粘结剂可以为：硬脂酸、石蜡等，使用三维混料机将球形W粉末、UC颗粒和粘结剂进行混合，混料时间为0.5～8h，混料后得到UC颗粒均匀分散到W基体中。

3)将混合后的燃料粉末采用模压成型的方式制备生坯，生坯可为圆柱形、六方形等，使用硬脂酸锌混合四氯化碳作为成型润滑剂，芯块成型压强为50～200MPa，保压时间3～40s；

4)采用高温烧结工艺进行耐高温材料基体弥散燃料芯块的烧结，烧结气氛为真空或氩气气氛，烧结温度1580～1950℃，保温时间控制在0.5～3h。

本发明属于核燃料芯块制备技术领域，具体涉及一种耐高温材料基体弥散燃料制备方法，包括以下步骤：1.基体粉末和弥散体粉末的均匀化混料；2.燃料芯块的预压成型；3.燃料芯块的烧结。本发明制得的钨基金属陶瓷燃料，具备良好的热物理性能、抗热冲击性能。芯块内部UC颗粒之间无直接接触，均匀分布于基体内。此燃料芯块在小型模块化反应堆领域中有一定应用前景。