[发明专利]一种惰性基弥散燃料芯块的快速制备工艺

权利要求书

1.一种惰性基弥散燃料芯块的快速制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：

(1)制备混合料浆：首先按重量份，将0～15份的烧结助剂和85～100份的碳化硅粉末通过湿混溶剂进行湿混混合，然后再向其中加入0.5～3份的分散剂，并搅拌4～24h，得到分散均匀的碳化硅混合浆料；

(2)制备核壳结构颗粒：将TRISO颗粒装入可加热的滚筒中，打开滚筒，并将其加热温度控制在60～90℃，使TRISO颗粒在滚筒中滚动，待TRISO颗粒温度上升到60～90℃后，用气压喷雾装置将步骤(1)中得到的部分混合料浆雾化后连续喷涂到TRISO颗粒表面，随着混合料浆中的湿混溶剂在60～90℃的温度下迅速挥发，在TRISO颗粒上形成一层碳化硅包覆层后，即可得到含二氧化铀的TRISO/SiC核壳结构颗粒；

(3)压制核心：将步骤(2)中制备得到的核壳结构颗粒在10～80MPa压力下模压成形，得到直径为6～8mm、高度为8～24mm的圆柱形惰性基弥散燃料芯块的核心；

(4)压制核壳：将步骤(1)制备得到的部分混合料浆经干燥、破碎、过筛后，在40～350MPa压力下压制成内径为6.2～8.2mm、外径为8.5～10mm、高度为8～24mm且与步骤(3)中的核心相匹配的碳化硅圆筒，以及直径为8.5～10mm、厚度为1.5～3mm且与碳化硅圆筒两端面相匹配的碳化硅圆片；

(5)制备成形：将圆柱形惰性基弥散燃料芯块的核心装入碳化硅圆筒内，并将碳化硅圆片覆盖在碳化硅圆筒上下端面后，整体进行放电等离子体烧结，烧结温度为1600～2000℃，达到烧结温度后调整烧结压力为10～50MPa，然后保温5～20min后，冷却至室温，即可获得惰性基弥散燃料芯块。

2.根据权利要求1所述的一种惰性基弥散燃料芯块的快速制备工艺，其特征在于，所述步骤(1)中的烧结助剂的粒径为20nm～50μm，所述烧结助剂为氧化铝、氧化钇和二氧化硅中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的一种惰性基弥散燃料芯块的快速制备工艺，其特征在于，所述步骤(1)中的碳化硅粉末的粒径为20nm～50μm。

4.根据权利要求1所述的一种惰性基弥散燃料芯块的快速制备工艺，其特征在于，所述步骤(1)中的湿混溶剂为无水乙醇或丙酮。

5.根据权利要求1所述的一种惰性基弥散燃料芯块的快速制备工艺，其特征在于，所述步骤(1)中分散剂为聚乙烯亚胺。

6.根据权利要求1～5任意一项所述的一种惰性基弥散燃料芯块的快速制备工艺，其特征在于，所述步骤(2)中的TRISO颗粒为一种含二氧化铀的标准型核燃料球状颗粒，该颗粒三结构各向同性，直径为0.8～1.0mm。

7.根据权利要求6所述的一种惰性基弥散燃料芯块的快速制备工艺，其特征在于，所述步骤(2)中的碳化硅包覆层的重量为TRISO颗粒自身重量的135～265％。

8.根据权利要求6所述的一种惰性基弥散燃料芯块的快速制备工艺，其特征在于，所述步骤(2)中，可通过控制气压喷雾装置喷涂时间来控制碳化硅包覆层的厚度和重量。