本發(fā)明涉及核燃料，尤其涉及一種高鈾密度復(fù)合芯塊及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、目前制備高鈾密度復(fù)合芯塊的方法主要分為兩類：1、分別成型芯塊的各個(gè)部分，組合拼裝后燒結(jié)；2、先將芯部成型燒結(jié)后，采用噴涂或沉積的方法在外表面制備保護(hù)層。然而，以上方法均存在缺陷，主要有：

2、(1)、生坯組合拼裝難度大，在燒結(jié)過程中芯塊容易開裂，很難保證結(jié)構(gòu)完整；

3、(2)、生坯組合拼裝的芯塊，在燒結(jié)后容易發(fā)生內(nèi)外分層，對(duì)芯塊的服役行為不利；

4、(3)、在成型的芯部外圍制備保護(hù)層的工藝復(fù)雜，耗時(shí)較長(zhǎng)，成本較高，保護(hù)層易受損傷，且在芯塊服役過程中保護(hù)層與芯部會(huì)發(fā)生脫離，因而實(shí)際應(yīng)用價(jià)值不高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，提供一種改進(jìn)的高鈾密度復(fù)合芯塊的制備方法及制得的高鈾密度復(fù)合芯塊。

2、本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：提供一種高鈾密度復(fù)合芯塊的制備方法，包括以下步驟：

3、s1、提供用于形成復(fù)合芯塊保護(hù)層的保護(hù)層粉末、用于形成復(fù)合芯塊芯部的芯部粉末；

4、s2、將所述保護(hù)層粉末填入模具的環(huán)形腔內(nèi)，對(duì)所述保護(hù)層粉末進(jìn)行預(yù)壓以形成筒狀外壁；

5、s3、將所述芯部粉末填充在所述筒狀外壁的內(nèi)腔，預(yù)壓以形成初級(jí)芯部，與所述筒狀外壁形成芯塊素坯；

6、s4、對(duì)所述芯塊素坯施壓以成型，再通過燒結(jié)形成致密且一體化的復(fù)合芯塊。

7、在一些實(shí)施例中，步驟s1還包括：提供用于形成復(fù)合芯塊端部的端部粉末；

8、步驟s2還包括：將所述端部粉末填入所述模具的模腔底部，預(yù)壓后形成第一端部；由所述保護(hù)層粉末預(yù)壓成型的所述筒狀外壁連接在所述第一端部上；

9、步驟s3還包括：將所述端部粉末填入并覆蓋在所述初級(jí)芯部上，預(yù)壓后形成覆蓋所述初級(jí)芯部并與所述筒狀外壁頂部連接的第二端部；

10、所述第一端部、第二端部與所述筒狀外壁、初級(jí)芯部形成一體的芯塊素坯。

11、在一些實(shí)施例中，步驟s1還包括：提供用于形成復(fù)合芯塊端部的端部粉末；

12、步驟s3還包括：分別將所述端部粉末填入并覆蓋在所述初級(jí)芯部的相對(duì)兩端上，預(yù)壓后形成覆蓋所述初級(jí)芯部并與所述筒狀外壁連接的第一端部和第二端部；

13、所述第一端部、第二端部與所述筒狀外壁、初級(jí)芯部形成一體的芯塊素坯。在一些實(shí)施例中，在步驟s1至步驟s3中，預(yù)壓的壓力分別為0.5kn～5kn。

14、在一些實(shí)施例中，步驟s4中，施壓的壓力為5kn～15kn。

15、在一些實(shí)施例中，步驟s4中，對(duì)所述芯塊素坯施壓后，保壓30s～60s后再進(jìn)行燒結(jié)。

16、在一些實(shí)施例中，步驟s4中，燒結(jié)時(shí)，以80℃/min～100℃/min的速率升溫至1500℃～1700℃，保溫8min～15min后，以30℃/min～50℃/min的速率降溫至800℃，之后隨爐冷卻至室溫。

17、在一些實(shí)施例中，步驟s1中，所述保護(hù)層粉末為氧化物裂變材料，包括uo2、puo2、tho2粉末中一種或多種；

18、所述芯部粉末包括氧化物裂變材料及混合其中的高鈾密度燃料粉末，所述氧化物裂變材料包括uo2、puo2、tho2粉末中一種或多種，所述高鈾密度燃料粉末包括un、u3si2、uc、pun、thn中至少一種。

19、在一些實(shí)施例中，所述芯部粉末中，高鈾密度燃料粉末所占體積比為5％～98％。

20、在一些實(shí)施例中，步驟s4中，在燒結(jié)前，分別在所述芯塊素坯相對(duì)兩端部放置石墨墊片；

21、將帶有石墨墊片的芯塊素坯放入熱壓爐或放電等離子燒結(jié)爐的定位腔內(nèi)，在所述芯塊素坯的頂部放置石墨壓柱，在所述定位腔頂部的開孔內(nèi)填入bn粉末，所述bn粉末將所述石墨壓柱覆蓋；

22、熱壓爐或放電等離子燒結(jié)爐的壓頭下壓至所述bn粉末上，抽真空后進(jìn)行升溫?zé)Y(jié)。

23、本發(fā)明還提供一種高鈾密度復(fù)合芯塊，由上述的制備方法制得；所述高鈾密度復(fù)合芯塊包括芯部、一體連接在所述芯部外周的保護(hù)層。

24、本發(fā)明的有益效果：高鈾密度復(fù)合芯塊的保護(hù)層和芯部分別由粉末預(yù)壓成型后，再通過燒結(jié)成型為一體化的復(fù)合芯塊，避免了生坯拼裝難度大及容易內(nèi)外分層的問題，確保了復(fù)合芯塊的結(jié)構(gòu)完整性；制備工藝簡(jiǎn)單，降低耗時(shí)及成本。

技術(shù)特征：

1.一種高鈾密度復(fù)合芯塊的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高鈾密度復(fù)合芯塊的制備方法，其特征在于，步驟s1還包括：提供用于形成復(fù)合芯塊端部的端部粉末；

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高鈾密度復(fù)合芯塊的制備方法，其特征在于，步驟s1還包括：提供用于形成復(fù)合芯塊端部的端部粉末；

4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的高鈾密度復(fù)合芯塊的制備方法，其特征在于，在步驟s1至步驟s3中，預(yù)壓的壓力分別為0.5kn～5kn。

5.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的高鈾密度復(fù)合芯塊的制備方法，其特征在于，步驟s4中，施壓的壓力為5kn～15kn。

6.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的高鈾密度復(fù)合芯塊的制備方法，其特征在于，步驟s4中，對(duì)所述芯塊素坯施壓后，保壓30s～60s后再進(jìn)行燒結(jié)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的高鈾密度復(fù)合芯塊的制備方法，其特征在于，步驟s4中，燒結(jié)時(shí)，以80℃/min～100℃/min的速率升溫至1500℃～1700℃，保溫8min～15min后，以30℃/min～50℃/min的速率降溫至800℃，之后隨爐冷卻至室溫。

8.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的高鈾密度復(fù)合芯塊的制備方法，其特征在于，步驟s1中，所述保護(hù)層粉末為氧化物裂變材料，包括uo2、puo2、tho2粉末中一種或多種；

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的高鈾密度復(fù)合芯塊的制備方法，其特征在于，所述芯部粉末中，高鈾密度燃料粉末所占體積比為5％～98％。

10.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的高鈾密度復(fù)合芯塊的制備方法，其特征在于，步驟s4中，在燒結(jié)前，分別在所述芯塊素坯相對(duì)兩端部放置石墨墊片；

11.一種高鈾密度復(fù)合芯塊，其特征在于，由權(quán)利要求1-10任一項(xiàng)所述的制備方法制得；所述高鈾密度復(fù)合芯塊包括芯部、一體連接在所述芯部外周的保護(hù)層。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種高鈾密度復(fù)合芯塊及其制備方法，制備方法包括以下步驟：S1、提供用于形成復(fù)合芯塊保護(hù)層的保護(hù)層粉末、用于形成復(fù)合芯塊芯部的芯部粉末；S2、將所述保護(hù)層粉末填入模具的環(huán)形腔內(nèi)，對(duì)所述保護(hù)層粉末進(jìn)行預(yù)壓以形成筒狀外壁；S3、將所述芯部粉末填充在所述筒狀外壁的內(nèi)腔，預(yù)壓以形成初級(jí)芯部，與所述筒狀外壁形成芯塊素坯；S4、對(duì)所述芯塊素坯施壓以成型，再通過燒結(jié)形成致密且一體化的復(fù)合芯塊。本發(fā)明的高鈾密度復(fù)合芯塊的制備方法，保護(hù)層和芯部分別由粉末預(yù)壓成型后，再通過燒結(jié)成型為一體化的復(fù)合芯塊，避免了生坯拼裝難度大及容易內(nèi)外分層的問題；制備工藝簡(jiǎn)單，降低耗時(shí)及成本。

技術(shù)研發(fā)人員：陳明周,陳蒙騰,楊榮坤,孟繁良,孫茂州,譚俊杰,張衡,李穎虹,李銳,任啟森,廖業(yè)宏
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中廣核研究院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/9