CN106653126A - 一种环形uo2燃料芯块制备方法及模具 - Google Patents
一种环形uo2燃料芯块制备方法及模具 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106653126A CN106653126A CN201611233563.0A CN201611233563A CN106653126A CN 106653126 A CN106653126 A CN 106653126A CN 201611233563 A CN201611233563 A CN 201611233563A CN 106653126 A CN106653126 A CN 106653126A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- annular
- pellet
- powder
- mould
- fuel pellet
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C21/00—Apparatus or processes specially adapted to the manufacture of reactors or parts thereof
- G21C21/02—Manufacture of fuel elements or breeder elements contained in non-active casings
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Solid Fuels And Fuel-Associated Substances (AREA)
Abstract
本发明提供一种环形UO2燃料芯块制备方法及模具。其步骤:(a)将UO2粉末装入压块模具,压制成块;(b)将压制所得UO2块使用颗粒机破碎,再使用筛分机筛分;(c)按照一定质量配比向步骤(b)所得UO2粉末内添加润滑剂,混合均匀;(d)将步骤(c)所得UO2粉末装入成型模具中,成型获得环形芯块;(e)环形芯块在氢气气氛下还原烧结。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。
Description
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;
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0.3wt%,混合均匀;所述的润滑剂添加为阿克蜡;
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15mm,生坯密度控制在5.3g/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1700℃、6小时。烧结后所得的UO2环形芯块,壁厚2mm,芯块端面垂直度≤0.05mm,粗糙度≤2.2μm。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。
如图1所述,采用的成型模具包括根据UO2环形芯块几何外形设计的成型阴模2、上冲头1、下冲头4、套环3;将套环3套入下冲头4上,再将下冲头4从成型阴模2下部装入,使套环3位置固定在成型阴模2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2内,使其分散均匀;然后将上冲头2从上部装入,手动预压,获得环形芯块。
实施例2
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粉末装入压块模具,压制成块;采用压机压制成型,压制压力为15T;
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200~300μm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0.1wt%,混合均匀;所述的润滑剂添加为硬脂酸锌;
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10mm,生坯密度控制在5.0g/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℃、3小时。烧结后所得的UO2环形芯块,壁厚1mm,芯块端面垂直度≤0.05mm,粗糙度≤2.2μm。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。
如图1所述,采用的成型模具包括根据UO2环形芯块几何外形设计的成型阴模2、上冲头1、下冲头4、套环3;将套环3套入下冲头4上,再将下冲头4从成型阴模2下部装入,使套环3位置固定在成型阴模2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2内,使其分散均匀;然后将上冲头2从上部装入,手动预压,获得环形芯块。
实施例3
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粉末装入压块模具,压制成块;采用压机压制成型,压制压力为25T;
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150~200μm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0.2wt%,混合均匀;所述的润滑剂添加为阿克蜡或硬脂酸锌;
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17mm,生坯密度控制在5.4g/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1800℃、2小时。烧结制备的芯块尺寸外观、化学成分和密度等均达到技术指标要求。
如图1所述,采用的成型模具包括根据UO2环形芯块几何外形设计的成型阴模2、上冲头1、下冲头4、套环3;将套环3套入下冲头4上,再将下冲头4从成型阴模2下部装入,使套环3位置固定在成型阴模2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2内,使其分散均匀;然后将上冲头2从上部装入,手动预压,获得环形芯块。
实施例4
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粉末装入压块模具,压制成块;采用压机压制成型,压制压力为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150~250μm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0.5wt%,混合均匀;所述的润滑剂添加为阿克蜡或硬脂酸锌;
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20mm,生坯密度控制在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℃、9小时。烧结制备的芯块尺寸外观、化学成分和密度等均达到技术指标要求。
上面对本发明的实施例作了详细说明,上述实施方式仅为本发明的最优实施例,但是本发明并不限于上述实施例,在本领域普通技术人员所具备的知识范围内,还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (5)
1.一种环形UO2燃料芯块制备方法,其特征在于,该方法包括如下步骤:
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。
2.根据权利要求1所述的一种环形UO2燃料芯块制备方法,其特征在于,步骤(c)所述的润滑剂添加为阿克蜡或硬脂酸锌。
3.根据权利要求1所述的一种环形UO2燃料芯块制备方法,其特征在于,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。
4.根据权利要求1所述的一种环形UO2燃料芯块制备方法,其特征在于,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。
5.一种用于权利要求1至4所述任意环形UO2燃料芯块制备方法用的成型模具,其特征在于,该成型模具包括根据环形芯块几何外形设计的成型阴模(2)、上冲头(1)、下冲头(4)、套环(3);将套环(3)套入下冲头(4)上,再将下冲头(4)从成型阴模(2)下部装入,使套环(3)位置固定在成型阴模(2)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(2)内,使其分散均匀;然后将上冲头(2)从上部装入,手动预压,获得环形芯块。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201611233563.0A CN106653126A (zh) | 2016-12-28 | 2016-12-28 | 一种环形uo2燃料芯块制备方法及模具 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201611233563.0A CN106653126A (zh) | 2016-12-28 | 2016-12-28 | 一种环形uo2燃料芯块制备方法及模具 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN106653126A true CN106653126A (zh) | 2017-05-10 |
Family
ID=58832989
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201611233563.0A Pending CN106653126A (zh) | 2016-12-28 | 2016-12-28 | 一种环形uo2燃料芯块制备方法及模具 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN106653126A (zh) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108249925A (zh) * | 2017-12-20 | 2018-07-06 | 中核北方核燃料元件有限公司 | 一种全陶瓷微封装燃料芯块的制备方法 |
CN108249926A (zh) * | 2017-12-21 | 2018-07-06 | 中核北方核燃料元件有限公司 | 一种环形fcm芯块制备方法 |
CN110164574A (zh) * | 2019-07-02 | 2019-08-23 | 中国原子能科学研究院 | 一种蜂窝状燃料芯块的制备方法 |
CN112851349A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-05-28 | 中核北方核燃料元件有限公司 | 一种中心开孔芯块成型方法 |
CN112951461A (zh) * | 2019-12-10 | 2021-06-11 | 中核北方核燃料元件有限公司 | 一种薄壁LiAlO2陶瓷芯块成型模具 |
CN113035402A (zh) * | 2019-12-24 | 2021-06-25 | 中核建中核燃料元件有限公司 | 一种长条形片状uo2芯块的制备方法 |
CN113043434A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-06-29 | 中核北方核燃料元件有限公司 | 一种中心开孔芯块成型模具 |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH10268089A (ja) * | 1997-03-25 | 1998-10-09 | Japan Nuclear Fuel Co Ltd<Jnf> | 核燃料用粉末収納容器 |
CN101172660A (zh) * | 2007-10-12 | 2008-05-07 | 清华大学 | 一种制备高温堆燃料元件uo2核芯的方法 |
CN101894594A (zh) * | 2009-09-11 | 2010-11-24 | 中国原子能科学研究院 | 一种亚化学计量UO2-x环形芯块的制备工艺 |
CN202434211U (zh) * | 2011-12-06 | 2012-09-12 | 中核建中核燃料元件有限公司 | 一种用于压制uo2燃料芯块的整体硬质合金冲头 |
WO2014105807A1 (en) * | 2012-12-28 | 2014-07-03 | Povirk Gary | Nuclear fuel element |
CN104446478A (zh) * | 2013-09-24 | 2015-03-25 | 中核北方核燃料元件有限公司 | 一种二氧化钍芯块制备方法 |
CN105788685A (zh) * | 2014-12-26 | 2016-07-20 | 中核北方核燃料元件有限公司 | 环形二氧化铀芯块制备方法 |
-
2016
- 2016-12-28 CN CN201611233563.0A patent/CN106653126A/zh active Pending
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH10268089A (ja) * | 1997-03-25 | 1998-10-09 | Japan Nuclear Fuel Co Ltd<Jnf> | 核燃料用粉末収納容器 |
CN101172660A (zh) * | 2007-10-12 | 2008-05-07 | 清华大学 | 一种制备高温堆燃料元件uo2核芯的方法 |
CN101894594A (zh) * | 2009-09-11 | 2010-11-24 | 中国原子能科学研究院 | 一种亚化学计量UO2-x环形芯块的制备工艺 |
CN202434211U (zh) * | 2011-12-06 | 2012-09-12 | 中核建中核燃料元件有限公司 | 一种用于压制uo2燃料芯块的整体硬质合金冲头 |
WO2014105807A1 (en) * | 2012-12-28 | 2014-07-03 | Povirk Gary | Nuclear fuel element |
CN104446478A (zh) * | 2013-09-24 | 2015-03-25 | 中核北方核燃料元件有限公司 | 一种二氧化钍芯块制备方法 |
CN105788685A (zh) * | 2014-12-26 | 2016-07-20 | 中核北方核燃料元件有限公司 | 环形二氧化铀芯块制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
刘逸波,张杰,王军: "环形二氧化铀芯块可行性研制", 《中国核科学技术进展报告(第三卷) 核材料分卷》 * |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108249925A (zh) * | 2017-12-20 | 2018-07-06 | 中核北方核燃料元件有限公司 | 一种全陶瓷微封装燃料芯块的制备方法 |
CN108249925B (zh) * | 2017-12-20 | 2021-01-05 | 中核北方核燃料元件有限公司 | 一种全陶瓷微封装燃料芯块的制备方法 |
CN108249926A (zh) * | 2017-12-21 | 2018-07-06 | 中核北方核燃料元件有限公司 | 一种环形fcm芯块制备方法 |
CN110164574A (zh) * | 2019-07-02 | 2019-08-23 | 中国原子能科学研究院 | 一种蜂窝状燃料芯块的制备方法 |
CN112951461A (zh) * | 2019-12-10 | 2021-06-11 | 中核北方核燃料元件有限公司 | 一种薄壁LiAlO2陶瓷芯块成型模具 |
CN112951461B (zh) * | 2019-12-10 | 2024-02-09 | 中核北方核燃料元件有限公司 | 一种薄壁LiAlO2陶瓷芯块成型模具 |
CN113035402A (zh) * | 2019-12-24 | 2021-06-25 | 中核建中核燃料元件有限公司 | 一种长条形片状uo2芯块的制备方法 |
CN112851349A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-05-28 | 中核北方核燃料元件有限公司 | 一种中心开孔芯块成型方法 |
CN113043434A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-06-29 | 中核北方核燃料元件有限公司 | 一种中心开孔芯块成型模具 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN106653126A (zh) | 一种环形uo2燃料芯块制备方法及模具 | |
CN104446478B (zh) | 一种二氧化钍芯块制备方法 | |
KR101638351B1 (ko) | 열전도성 금속을 포함하는 핵연료 소결체의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 핵연료 소결체 | |
CN103263875B (zh) | 一种金刚石串珠冷压压坯成型技术 | |
CN110164574B (zh) | 一种蜂窝状燃料芯块的制备方法 | |
CN108695008B (zh) | 一种低浓化微堆用uo2燃料芯块生坯的自动成型方法 | |
CN105478745B (zh) | 一种低温烧结制备钨板坯的方法 | |
CN110085338B (zh) | UO2/Cr复合燃料芯块的制备方法以及制备装置 | |
KR101182290B1 (ko) | 니켈 산화물과 알루미늄 산화물을 첨가한 이산화우라늄 소결체의 제조방법 | |
TW201408403A (zh) | 混合粉末的高密度成形方法及高密度成形裝置 | |
KR100982664B1 (ko) | 환형 핵연료 소결체 제조방법 | |
CN205572660U (zh) | 一种用于高温气冷堆控制棒用碳化硼芯块生坯成型的模具 | |
JPS60152985A (ja) | 原子炉の燃料ペレツトの製造方法 | |
EP0277708A2 (en) | Pellet fabrication | |
CN109872826B (zh) | 一种用于反应堆的燃料元件及其制备方法 | |
CN102990064B (zh) | 一种摩托车弹簧座的制造方法 | |
GB1137939A (en) | A process for the production of spherical graphite fuel elements | |
CN110499443A (zh) | 一种高性能模具材料及其制备方法 | |
CN106935299A (zh) | 一种掺杂Nb2O5二氧化钍芯块的制备方法 | |
CN107398553B (zh) | 一种Al-NpO2弥散芯块的制备方法 | |
CN205740719U (zh) | 一种用于制备硫系玻璃小球的模具 | |
CN113035402A (zh) | 一种长条形片状uo2芯块的制备方法 | |
CN118754622A (zh) | 一种环状碳化硼-氧化铝芯块及近净尺寸成型制备方法和应用 | |
GB2320800A (en) | Nuclear fuel pellets | |
CN113012835A (zh) | 一种含钆环形二氧化铀芯块的制备方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170510 |