一种蜂窝状燃料芯块的制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110164574A(43)申请公布日2019.08.23(21)申请号201910588834.1(22)申请日2019.07.02(71)申请人中国原子能科学研究院地址102413北京市房山区新镇三强路1号院(72)发明人屈哲昊尹邦跃王轩任劲如魏国良(51)Int.Cl.G21C21/02(2006.01)G21C21/10(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图1页(54)发明名称一种蜂窝状燃料芯块的制备方法(57)摘要本发明属于核燃料制备技术领域，涉及一种蜂窝状燃料芯块的制备方法。所述的制备方法依次包括如下步骤且不包括磨削步骤：(1)造粒：称量原料粉末颗粒填充入模具，在液压机上进行预压，将预压压坯破碎后过筛，所得大颗粒与粘结剂混合后倒入球磨罐，放入磨球进行高能球磨；(2)压制：球磨得到的粉末过筛后，大颗粒填充入模具进行压制，脱模后得到芯块压坯；(3)烧结：将芯块压坯脱蜡后装入烧舟，放入烧结炉进行烧结，得到蜂窝状燃料芯块成品。利用本发明的蜂窝状燃料芯块的制备方法，能够用现有核燃料生产线进行较为复杂形状的核燃料芯块生产，省去磨削工序，提高生产效率，降低生产成本。CN110164574ACN110164574A权利要求书1/1页1.一种蜂窝状燃料芯块的制备方法，其特征在于，所述的制备方法依次包括如下步骤且不包括磨削步骤：(1)造粒：称量原料粉末颗粒填充入模具，在液压机上进行预压，将预压压坯破碎后过筛，所得大颗粒与粘结剂混合后倒入球磨罐，放入磨球进行高能球磨；(2)压制：球磨得到的粉末过筛后，大颗粒填充入模具进行压制，脱模后得到芯块压坯；(3)烧结：将芯块压坯脱蜡后装入烧舟，放入烧结炉进行烧结，得到蜂窝状燃料芯块成品。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述的原料粉末选自UO2粉末、UN粉末、UO2-W粉末中的一种或几种。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，预压压力50-100MPa。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，粘结剂添加比例占大颗粒质量的1-5％。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，高能球磨条件为：球料体积比为3:1-5:1，球磨转速为300-500转/分，球磨时间为16-48小时。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，压制压力为50-500Mpa，压制时间为5-60s。7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，脱蜡温度为200-600℃，脱蜡时间为6-24小时。8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，脱蜡过程为真空脱蜡或载气脱蜡。9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，烧结温度为1700-1800℃，烧结时间为2-4小时。10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，烧结气氛为H2或N2。2CN110164574A说明书1/4页一种蜂窝状燃料芯块的制备方法技术领域[0001]本发明属于核燃料制备技术领域，涉及一种蜂窝状燃料芯块的制备方法。背景技术[0002]目前，在反应堆燃料技术方面使用最广泛的燃料芯块形式为实心圆柱状芯块或带有中心孔的圆柱状芯块，其加工制造一般选用常规粉末冶金工艺，该工艺较为成熟，一般包括造粒、压制、烧结、磨削等工序，各工序主要情况如下。[0003]1)造粒[0004]造粒的主要目的是改善芯块原料粉末的压制性能，降低压制中缺陷产生的可能性，从而达到控制芯块质量的目的。造粒一般是将芯块原料粉末(例如最常见的UO2粉末)预压，然后压坯破碎，擦筛后得到较粗颗粒的原料粉末(在现阶段工业化规模生产中一般以轧辊造粒方式实现)。较粗颗粒的原料粉末随后加入造孔剂、润滑剂混合均匀、球化，得到可以用于芯块压坯压制的粉末。[0005]2)压制[0006]压制是将球化后的粉末充填入模具，在液压机的压力下压制成芯块压坯，压坯密度控制在芯块理论密度的50-55％左右。该过程中的裂纹、掉盖、掉角等缺陷将直接影响芯块质量，而缺陷的产生除了与造粒工艺相关，也与压制过程中工艺相关，包括模具设计、压力控制等。由于目前芯块生产一般使用双向压制液压机，压力沿芯块两端面向内传导，在粉末颗粒的摩擦力作用下逐渐减弱，导致芯块压坯密度由两端向中间也呈逐渐下降的趋势，这一现象最终导致了烧结后芯块两端直径较大，中间直径较小，在烧结后可能需要磨削加工以确保满足设计技术要求。[0007]3)烧结[0008]烧结是将压坯装入烧结炉，在高温下进行烧结，得到芯块半成品的工序。例如最常见的UO2芯块是将压制好的压坯装入钼舟，在H2气氛下1750℃保温4个小时后得到。烧结后的芯块密度在理论密度