[发明专利]一种单晶二氧化铀核燃料芯块的制备方法

摘要

本发明公开了一种单晶二氧化铀核燃料芯块的制备方法，将UO₂粉末经造粒、球化后得到UO₂小球；再将单晶生长助剂微粉包覆到UO₂小球表面，形成核壳结构颗粒；将核壳结构颗粒进行高温活化烧结，使核壳结构颗粒表面的单晶生长助剂高温液化后向UO₂小球内部扩散，而UO₂则在液态单晶生长助剂中溶解并再结晶形成单晶UO₂核燃料芯块。该方法可制备大晶粒的单晶UO₂核燃料芯块，使燃料芯块的高温辐照稳定性、热导率性能、裂变产物容留能力、燃料棒内压、减少燃料芯块与包壳的相互作用、燃耗深度得到明显改善，可提高反应堆运行的安全水平，并提高核电站经济效益。

主权项

1.一种单晶二氧化铀核燃料芯块的制备方法，其特征在于，将UO₂粉末经造粒、球化后得到UO₂小球；再将单晶生长助剂微粉包覆到UO₂小球表面，形成核壳结构颗粒；将核壳结构颗粒进行高温活化烧结，使核壳结构颗粒表面的单晶生长助剂高温液化后向UO₂小球内部扩散，而UO₂则在液态单晶生长助剂中溶解并再结晶形成单晶UO₂核燃料芯块；具体包括以下步骤：(1)采用放电等离子体烧结技术对UO₂粉末进行低温预烧或采用粉末冶金模具对UO₂粉末进行冷压成形，得到密度5.0～6.5g/cm³的UO₂预成形坯；(2)将预成形坯进行破碎、过筛后，得到粒径为15～100目的UO₂颗粒；然后将UO₂颗粒研磨球化2～12小时，得到UO₂小球；(3)将UO₂小球装入混合包覆设备中，添加0.05～0.5wt.％的粘接剂，5～30vol.％的单晶生长助剂后，混合包覆0.5～8小时，得到单晶生长助剂在UO₂小球表面包覆均匀的核壳结构颗粒；(4)将核壳结构颗粒压制成UO₂基核燃料芯块素坯后，在微氧化气氛下对其进行高温活化烧结，冷却后得到单晶UO₂核燃料芯块，其中，烧结温度为1600～1900℃，保温时间1～8小时；所述单晶生长助剂微粉为以下四种微粉中的任意一种：Cr微粉、Cr₂O₃微粉、Al₂O₃与SiO₂的混合微粉、Al₂O₃与Y₂O₃的混合微粉。