一种二氧化钍芯块制备方法.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(10)申请公布号CN104446478A(43)申请公布日(43)申请公布日2015.03.25(21)申请号201310451243.2(22)申请日2013.09.24(71)申请人中核北方核燃料元件有限公司地址014035内蒙古自治区包头市青山区456信箱科技处(72)发明人任永岗陈连重李爱军杜继军田春雨刘江涛王虹马晓娟郭洪齐永良侯丽楠(74)专利代理机构核工业专利中心11007代理人高尚梅(51)Int.Cl.C04B35/51(2006.01)C04B35/622(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图1页(54)发明名称一种二氧化钍芯块制备方法(57)摘要本发明属于核燃料元件的制造技术领域，具体涉及一种二氧化钍芯块制备方法。该方法包括粉末造粒工艺：以草酸沉淀法制备的二氧化钍粉末为原始材料，采用模压成型的方法，将二氧化钍粉末压制成片，然后置入颗粒机中破碎，过颗粒机筛网，再在顶击式振筛机中振筛后制得二氧化钍芯块成形用的颗粒；粉末成型工艺：对颗粒进行模压成形，制得芯块的生坯；芯块烧结工艺：将二氧化钍芯块生坯放入真空气氛烧结炉内，抽真空洗炉后，通氩气进行烧结。本发明采用粉末冶金工艺制备钴芯块，克服了二氧化钍粉末生坯密度低的困难，通过造粒、成型、烧结工艺制备出的芯块密度高、晶粒尺寸满足燃料元件制备的指标要求。CN104446478ACN104446478A权利要求书1/1页1.一种二氧化钍芯块制备方法，其特征在于：该方法包括：一、粉末造粒工艺：以草酸沉淀法制备的二氧化钍粉末为原始材料，采用模压成型的方法，将二氧化钍粉末压制成片，然后置入颗粒机中破碎，过颗粒机筛网，再在顶击式振筛机中振筛后制得二氧化钍芯块成形用的颗粒；二、粉末成型工艺：对颗粒进行模压成形，制得芯块的生坯；三、芯块烧结工艺：将二氧化钍芯块生坯放入真空气氛烧结炉内，抽真空洗炉后，通氩气进行烧结。2.根据权利要求1所述的二氧化钍芯块制备方法，其特征在于：所述粉末造粒工艺：选用比表面20～30m2/g的原料预压，压力为85Mpa，粒度范围150～380μm。3.根据权利要求1所述的二氧化钍芯块制备方法，其特征在于：所述粉末成型工艺：使用YG15材料加工的硬质合金模具对颗粒进行模压成形。4.根据权利要求3所述的二氧化钍芯块制备方法，其特征在于：所述硬质合金模具由Cr12MoV模具外套（1）、YG15模具内套（2）组成，YG15模具内套（2）两端为1∶0.014深5mm的锥度（3）。5.根据权利要求4所述的二氧化钍芯块制备方法，其特征在于：所述硬质合金模具尺寸为Φ16.20mm。6.根据权利要求3所述的二氧化钍芯块制备方法，其特征在于：采用硬脂酸锌的四氯化碳浊液对硬质合金模具阴模内壁进行润滑。7.根据权利要求1所述的二氧化钍芯块制备方法，其特征在于：所述粉末成型工艺：二氧化钍芯块的成型压力350MPa，保压时间为10秒；采用压机机械脱模，使成型每块芯坯的平均密度偏差控制在±0.02g/cm3之间，生坯密度达到5.4g/cm3。8.根据权利要求1所述的二氧化钍芯块制备方法，其特征在于：所述芯块烧结工艺：在氩气气氛下，在500℃和800℃分别保温1个小时，在1750℃时保温4小时，芯块烧结采用的是阶梯式升温方式；然后降温，在降温过程中，随炉冷却。9.根据权利要求1所述的二氧化钍芯块制备方法，其特征在于：所述芯块烧结工艺：烧结时芯块采用直立式，采用高达350MPa的单位压制压力，涂抹硬脂酸锌的四氯化碳乳浊液得到外观质量完好的生坯，再通过直立式烧结制备出轻微细腰，无弯腰的合格二氧化钍芯块。2CN104446478A说明书1/4页一种二氧化钍芯块制备方法技术领域[0001]本发明属于核燃料元件的制造技术领域，具体涉及一种二氧化钍芯块制备方法，具体应用于核反应堆用钍基燃料组件二氧化钍芯块的制备。背景技术[0002]随着核电的高速发展，寻找一种可替换铀作为核燃料的材料越来越迫切。采用铀-钍燃料来替换铀燃料，可以有效缓解我国铀资源的匮乏。在核反应堆内使用二氧化钍燃料棒取代部分二氧化铀燃料棒，通过钍吸收中子增殖可得到233U，233U是优于235U、239Pu的燃料。在铀-钍燃料制备工艺中，二氧化钍芯块是燃料组件的核心部分，芯块质量直接影响到热效率、堆内安全等方面的问题。[0003]二氧化钍芯块技术要求有其特殊性：芯块尺寸，直径Φ12mm；高度16mm，属于较大块的陶瓷芯块。烧结芯块密度相对于理论密度为95%～97%，晶粒尺寸要求在5μm～20μm之间，密度和晶粒尺寸控制范围窄。[0004]目前，制备二氧化钍陶瓷的主要工艺为空气状态烧结，制备的陶瓷作为耐火材料使用，对陶瓷的密度和晶粒尺寸没有要求。采用此种工艺