CN106935301A - 一种小长径比二氧化铀环形芯块的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于反应堆燃料芯块技术领域，具体涉及一种小长径比二氧化铀环形芯块的制备方法。包括以下步骤：采用压力20～30MPa、保压时间为15s～25s的压制参数压制坯体，压坯经颗粒机擦筛后振筛筛分获取150μm～300μm之间的颗粒作为成品粒；将粘合剂与造粒后二氧化铀粉末用三维混料机混合2h～4h，混合后擦筛过300μm的标准筛，作为成型原始粉末；二氧化铀芯块成型：采用模压成型，装料时先将下冲头装进阴模，再装垫块，将料装于垫块之上，再利用上冲头对料进行压制；升压速率为0.5KN/min，脱模速率为0.75KN/min，生坯密度控制在5.10g/cm3～5.30g/cm3之间；二氧化铀芯块烧结在氢气气氛下进行。本发明制备的热离子二氧化铀环形芯块用于空间核反应堆的地面实验。

Description

一种小长径比二氧化铀环形芯块的制备方法
技术领域
本发明属于反应堆燃料芯块技术领域，具体涉及一种小长径比二氧化铀环形芯块的制备方法。
背景技术
在外行星即深空探测中，由于空间探测器远离太阳，难以利用太阳能电池发电，必须采用核电源。我国于20世纪70年代开始空间堆的研究工作，后一度中止。“九五”期间，空间堆研究被列入总装备部预先研究项目，由原子能院和空间技术研究院共同承担，完成了空间堆概念设计。“十五”起，开始了空间堆初步设计和关键技术公关，在设计技术、制造技术、试验技术以及安全研究等方面均取得一定突破。目前，我国进行的空间堆研究工作处于从技术设计到施工设计的过度阶段，正进行设备和部件的研制和单项试验。计划2015年完成地面试验，2020年定型，2025年发射“百千瓦级核反应堆试验星”，进行在轨演示试验验证，掌握超大功率空间核反应堆电源技术。俄罗斯、美国、法国、德国和日本等国从20世纪60年代起就开始开展空间堆的研究，美国在1960年代就开始将核反应堆装上卫星，但出于安全考虑，与前苏联相比数量较少。但近年来，美国和欧洲又重新开始新一代核动力卫星的研发，空间反应堆用环形芯块没有查阅到相关资料。空间核反应堆是一种将反应堆核裂变能转变为电能供航天器及其负载使用的新型电源。与传统的太阳能电池阵和蓄电池联合供电相比，空间核反应堆可以提供更充足的能源，而且可以通过减少太阳能板减轻卫星负荷。环形燃料是一种能大幅度提高反应堆安全性和经济性的新型燃料元件，可以在确保输出功率不变的前提下，大幅降低燃料元件平均温度和裂变气体释放量，可显著提升反应堆堆芯的安全性。目前，我国进行的空间堆研究工作处于从技术设计到施工设计的过渡阶段，正进行设备和部件的研制和单项试验。
发明内容
本发明的目的在于提供一种小长径比二氧化铀环形芯块的制备方法，制备的热离子二氧化铀环形芯块用于空间核反应堆的地面实验。
为达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：
一种小长径比二氧化铀环形芯块的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，二氧化铀粉末准备：
步骤1.1，采用压力20～30MPa、保压时间为15s～25s的压制参数压制坯体，压坯经颗粒机擦筛后振筛筛分获取150μm～300μm之间的颗粒作为成品粒；
步骤1.2，将粘合剂与造粒后二氧化铀粉末用三维混料机混合2h～4h，混合后擦筛过300μm的标准筛，作为成型原始粉末；
步骤2，二氧化铀芯块成型：
步骤2.1，采用模压成型，装料时先将下冲头装进阴模，再装垫块，将料装于垫块之上，再利用上冲头对料进行压制；升压速率为0.5KN/min，脱模速率为0.75KN/min，生坯密度控制在5.10g/cm3～5.30g/cm3之间；
步骤3，二氧化铀芯块烧结在氢气气氛下进行。
所述的粘合剂为阿克蜡。
采用硬脂酸锌混合四氯化碳作为成型的润滑剂。
所述的阴模采用碳化钨硬质合金。
所述的二氧化铀芯块烧结温度控制在1700℃～1800℃，保温时间为4h～8h。
本发明所取得的有益效果为：
本发明包括二氧化铀粉末准备、二氧化铀芯块成型和二氧化铀芯块烧结等步骤。其中粉末准备包括造粒与粘结剂的添加；烧结包括升温、保温、降温等步骤。本发明工艺简单，成本低，过程易控制，不需要设备的很大投入，提高了生产效率，有利于工业化生产，为空间核反应堆的地面实验提供了可靠保障。
附图说明
图1为成型模具示意图，；
图中：1、上冲头；2、阴模；3、垫块；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进行详细说明。
一种小长径比热离子二氧化铀环形芯块的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，二氧化铀粉末准备
步骤1.1，造粒，使用Ф40mm的高强钢模具作为制粒模具，采用压力20～30MPa、保压时间为15s～25s的压制工艺压制坯体，压坯经颗粒机擦筛后振筛筛分获取150μm～300μm之间的颗粒作为成品粒。
步骤1.2，粘合剂添加，使用粘合剂阿克蜡与造粒后二氧化铀粉末采用三维混料机混合2h～4h。混合后擦筛过300μm的标准筛，作为成型原始粉末。
步骤2，二氧化铀芯块成型
步骤2.1，成型采用模压成型，采用硬脂酸锌混合四氯化碳作为成型的润滑剂。阴模2采用碳化钨硬质合金，冲头杆为轴承钢。升压速率为0.5KN/min，脱模速率为0.75KN/min，生坯密度控制在5.10g/cm3～5.30g/cm3之间。装料时，先将下冲头4装进阴模2，再装垫块3，将料装于垫块3之上，再利用上冲头1对料进行压制。
步骤3，二氧化铀芯块烧结
步骤3.1，本发明制备的二氧化铀芯块烧结在氢气气氛下进行，烧结温度控制在1700℃～1800℃，保温时间为4h～8h。

Claims (5)

1.一种小长径比二氧化铀环形芯块的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1，二氧化铀粉末准备：
步骤1.1，采用压力20～30MPa、保压时间为15s～25s的压制参数压制坯体，压坯经颗粒机擦筛后振筛筛分获取150μm～300μm之间的颗粒作为成品粒；
步骤1.2，将粘合剂与造粒后二氧化铀粉末用三维混料机混合2h～4h，混合后擦筛过300μm的标准筛，作为成型原始粉末；
步骤2，二氧化铀芯块成型：
步骤2.1，采用模压成型，装料时先将下冲头(4)装进阴模(2)，再装垫块(3)，将料装于垫块(3)之上，再利用上冲头(1)对料进行压制；升压速率为0.5KN/min，脱模速率为0.75KN/min，生坯密度控制在5.10g/cm3～5.30g/cm3之间；
步骤3，二氧化铀芯块烧结在氢气气氛下进行。
2.根据权利要求1所述的小长径比二氧化铀环形芯块的制备方法，其特征在于：所述的粘合剂为阿克蜡。
3.根据权利要求1所述的小长径比二氧化铀环形芯块的制备方法，其特征在于：采用硬脂酸锌混合四氯化碳作为成型的润滑剂。
4.根据权利要求1所述的小长径比二氧化铀环形芯块的制备方法，其特征在于：所述的阴模(2)采用碳化钨硬质合金。
5.根据权利要求1所述的小长径比二氧化铀环形芯块的制备方法，其特征在于：所述的二氧化铀芯块烧结温度控制在1700℃～1800℃，保温时间为4h～8h。
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