[发明专利]一种环形UO2燃料芯块制备方法及模具

说明书

技术领域

本发明属于核反应堆新型燃料芯块制备技术领域，具体涉及到一种环形UO₂燃料芯块制备方法及模具。

背景技术

目前的压水堆核燃料芯块均为实心UO₂陶瓷型燃料，尽管其具有熔点高、热稳定性好，中子俘获截面低，各向异性小，辐照稳定性好，对包壳与冷却剂有良好的相容性，燃耗深度比金属型燃料大等优点，但其缺点也是比较显著的，主要表现在密度低、质硬而脆、不易加工、热导率小、辐照时芯块温差大，有辐照肿胀和芯块开裂倾向等。实心圆柱体结构的芯块，在实际运行过程中内部温度要远高于外层的温度，导致反应堆的功率受到限制，降低了热交换效率和反应堆的燃深，提高了成本，造成燃料的浪费。

改变芯块的形状，在反应堆中使用环形芯块，可以有效解决这一问题。这种芯块的使用可以大大提高芯块的上限温度，具有高性能压水堆燃料芯块的特点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种环形UO₂燃料芯块制备方法及模具，其以UO₂粉末为原料，通过粉末冶金工艺制备出一种薄壁环形燃料芯块。

实现本发明目的的技术方案：一种环形UO₂燃料芯块制备方法，其包括如下步骤：

步骤(a)，将UO₂粉末装入压块模具，压制成块；采用压机压制成型，压制压力为15～35T；

步骤(b)，将步骤(a)压制所得UO₂块使用颗粒机破碎，再使用筛分机筛分，获得150～300μm粒度的UO₂粉末；

步骤(c)，按照一定质量配比向步骤(b)所得UO₂粉末内添加润滑剂，添加润添加量为UO₂粉末质量的0.1～0.5wt％，混合均匀；

步骤(d)，将步骤(c)所得UO₂粉末装入成型模具中，生坯高度控制在10～20mm，生坯密度控制在5.0～5.6g/cm³，成型获得环形芯块；

步骤(e)，环形芯块在氢气气氛下还原烧结，烧结温度控制在1650～1800℃、高温保温时间2～9h。

如上所述的一种环形UO₂燃料芯块制备方法，其步骤(c)所述的润滑剂添加为阿克蜡或硬脂酸锌。

如上所述的一种环形UO₂燃料芯块制备方法，其步骤(e)烧结后UO₂环形芯块，壁厚1～3mm，芯块端面垂直度≤0.05mm，粗糙度≤2.2μm。

如上所述的一种环形UO₂燃料芯块制备方法，其步骤(e)烧结后UO₂环形芯块晶粒尺寸均匀，尺寸范围为6.5～25μm；气孔分布均匀，最大气孔小于0.25mm，芯块平均开口孔率＜1％，最大开口孔率＜2％，且无明显颗粒边界。

本发明所述的一种环形UO₂燃料芯块制备方法用的成型模具，其包括根据环形芯块几何外形设计的成型阴模、上冲头、下冲头、套环；将套环套入下冲头上，再将下冲头从成型阴模下部装入，使套环位置固定在成型阴模内低于下部三分之一区域；将UO₂粉末按一定质量称重从上部装入成型阴模内，使其分散均匀；然后将上冲头从上部装入，手动预压，获得环形芯块。

本发明的效果在于：

本发明所述的环形UO₂燃料芯块制备方法及模具，其以UO₂粉末为原料，通过粉末冶金工艺制备出一种薄壁环形燃料芯块。

本发明制得的环形UO₂芯块，表面外观良好，其密度、化学成分均满足技术指标要求，可以应用于轻水堆，有效提高堆芯功率密度。

附图说明

图1为本发明所述的成型模具组装图。

图中：1.上冲头；2.成型阴模；3.套环；4.下冲头。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明所述的一种环形UO₂燃料芯块制备方法及模具作进一步描述。

实施例1

本发明所述的一种环形UO₂燃料芯块制备方法，其包括如下步骤：

步骤(a)，将UO₂粉末装入Ф40mm的压块模具，压制成块；采用压机压制成型，压制压力为25T；