CN108249926A - 一种环形fcm芯块制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及核燃料芯块制备技术领域,具体公开了一种环形FCM芯块制备方法,包括以下步骤:步骤1,模具加工;步骤2,TRISO颗粒穿衣混料;步骤3,环形FCM芯块成型;步骤4,环形FCM芯块烧结。采用本发明方法制备的环形FCM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。
Description
技术领域
本发明属于核燃料芯块制备技术领域,具体涉及一种环形FCM芯块制备方法。
背景技术
核燃料元件是反应堆的核心部件,其先进性和安全性是反应堆的先进性和安全性的重要基础。FCM芯块是为轻水堆中使用的高燃耗铀所设计,是将TRISO颗粒封装在SiC基体中,整体稳定性高且兼具很高的热导率,与冷却剂有较好的兼容性。全陶瓷基体包覆使其释放出的裂变气体和腐蚀性裂变产物很少,在发生事故时容错性高,安全有保证。
常规FCM芯块形状为实心,在辐照过程中的中心温度、中心与边缘温差及芯块辐照肿胀和芯块开裂倾向均较大,存在一定的安全隐患。
发明内容
本发明的目的在于提供一种环形FCM芯块制备方法,可进一步降低芯块在辐照过程中的中心温度。
本发明的技术方案如下:
一种环形FCM芯块制备方法,包括以下步骤:
步骤1,模具加工;
根据环形芯块的几何外形,加工包含环形中空腔体的环形芯块成型模具;
步骤2,TRISO颗粒穿衣混料;
步骤2.1,在TRISO颗粒表面涂覆一层粘结剂,粘结剂为用无水乙醇稀释的丙三醇;
步骤2.2,将涂覆有粘结剂的TRISO颗粒与SiC粉末放入容器中,使TRISO颗粒与SiC粉末均匀混合,并在TRISO颗粒表面均匀地粘结一层SiC粉末,作为成型原料;
步骤3,环形FCM芯块成型;
采用成型模具对成型原料进行压制成型;
步骤4,环形FCM芯块烧结;
采用放电等离子烧结技术进行环形FCM芯块的烧结,最终得到环形FCM芯块。
步骤1中所述的成型模具的材料为钢材。
步骤3,采用钢制模具进行双向成型,成型压力为2.0~3.0kN,升压速率为0.8~1.0KN/s,保压时间为10~15s。
步骤1中所述的成型模具的材料为橡胶。
步骤3,采用橡胶模具进行冷等静压成型,成型压强为160~250MPa,保压时间为10~15s。
步骤2.1中丙三醇的浓度为10~13%。
步骤2.2,采用“表面涂覆”的粘结方式,使TRISO颗粒与SiC粉末均匀混合,并在TRISO颗粒表面均匀地粘结一层SiC粉末。
步骤4,烧结温度为1600±50℃,烧结时间为33±5min,升温速率为100±10℃/min。
本发明的显著效果在于:
采用本发明方法制备的环形FCM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,能有效提高堆芯热导率、降低裂变气体和腐蚀性裂变产物的释放和产生、降低芯块在辐照过程中的中心温度、中心与边缘温差及芯块辐照肿胀和芯块开裂倾向,提高芯块的上限温度。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
一种环形FCM芯块制备方法,包括以下步骤:
步骤1,模具加工。
根据环形芯块的几何外形,加工包含环形中空腔体的环形芯块成型模具。所述成型模具的材料为钢材或橡胶。
步骤2,TRISO颗粒穿衣混料。
步骤2.1,在TRISO颗粒表面涂覆一层粘结剂,粘结剂为用无水乙醇稀释的丙三醇,其中丙三醇浓度为10~13%;
步骤2.2,将涂覆有粘结剂的TRISO颗粒与SiC粉末放入容器中,采用“表面涂覆”的粘结方式,使TRISO颗粒与SiC粉末均匀混合,并在TRISO颗粒表面均匀地粘结一层SiC粉末,作为成型原料。
步骤3,环形FCM芯块成型。
采用钢制模具进行双向成型,或者采用橡胶模具进行冷等静压成型。其中,采用钢质模具成型压力为2.0~3.0kN,升压速率为0.8~1.0KN/s,保压时间为10~15s;采用橡胶模具成型压强为160~250MPa,保压时间为10~15s。
步骤4,环形FCM芯块烧结。
采用放电等离子烧结技术进行环形FCM芯块的烧结,烧结温度为
1600±50℃,烧结时间为33±5min,升温速率为100±10℃/min,最终得到环形FCM芯块。
实施例一
一种环形FCM芯块制备方法,包括以下步骤:
步骤1,模具加工。
加工包含环形中空腔体的环形芯块成型模具,环形中空腔体的外径为21mm,内径为10mm,高度为10mm。所述成型模具的材料为钢材。
步骤2,TRISO颗粒穿衣混料。
步骤2.1,在TRISO颗粒表面涂覆一层粘结剂,粘结剂为用无水乙醇稀释的丙三醇,其中丙三醇浓度为10%;
步骤2.2,将涂覆有粘结剂的TRISO颗粒与SiC粉末放入容器中,采用“表面涂覆”的粘结方式,使TRISO颗粒与SiC粉末均匀混合,并在TRISO颗粒表面均匀地粘结一层SiC粉末。
步骤3,环形FCM芯块成型。
采用钢制模具进行双向成型,压制压力为2.0kN,升压速率为1.0kN/s,保压时间为15s。
步骤4,环形FCM芯块烧结。
采用放电等离子设备对环形FCM芯块进行烧结,烧结温度为1600℃,烧结时间为30min,升温速率为100℃/min,最终得到环形FCM芯块。
实施例二
一种环形FCM芯块制备方法,包括以下步骤:
步骤1,模具加工。
加工包含环形中空腔体的环形芯块成型模具,环形中空腔体的外径为20mm,内径为9mm,高度为8mm。所述成型模具的材料为钢材。
步骤2,TRISO颗粒穿衣混料。
步骤2.1,在TRISO颗粒表面涂覆一层粘结剂,粘结剂为用无水乙醇稀释的丙三醇,其中丙三醇浓度为13%;
步骤2.2,将涂覆有粘结剂的TRISO颗粒与SiC粉末放入容器中,采用“表面涂覆”的粘结方式,使TRISO颗粒与SiC粉末均匀混合,并在TRISO颗粒表面均匀地粘结一层SiC粉末。
步骤3,环形FCM芯块成型。
采用钢制模具进行双向成型,压制压力为2.5kN,升压速率为0.8KN/s,保压时间为10s。
步骤4,环形FCM芯块烧结。
采用放电等离子设备对环形FCM芯块进行烧结,烧结温度为1650℃,烧结时间为38min,升温速率为110℃/min,最终得到环形FCM芯块。
实施例三
一种环形FCM芯块制备方法,包括以下步骤:
步骤1,模具加工。
加工包含环形中空腔体的环形芯块成型模具,环形中空腔体的外径为21.5mm,内径为11mm,高度为10.5mm。所述成型模具的材料为橡胶。
步骤2,TRISO颗粒穿衣混料。
步骤2.1,在TRISO颗粒表面涂覆一层粘结剂,粘结剂为用无水乙醇稀释的丙三醇,其中丙三醇浓度为12%;
步骤2.2,将涂覆有粘结剂的TRISO颗粒与SiC粉末放入容器中,采用“表面涂覆”的粘结方式,使TRISO颗粒与SiC粉末均匀混合,并在TRISO颗粒表面均匀地粘结一层SiC粉末。
步骤3,环形FCM芯块成型。
采用橡胶模具进行冷等静压成型,压制压强为180MPa,保压时间为13s。
步骤4,环形FCM芯块烧结。
采用放电等离子设备对环形FCM芯块进行烧结,烧结温度为1550℃,烧结时间为28min,升温速率为90℃/min,最终得到环形FCM芯块。
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 (8)
1.一种环形FCM芯块制备方法,其特征在于:包括以下步骤:
步骤1,模具加工;
根据环形芯块的几何外形,加工包含环形中空腔体的环形芯块成型模具;
步骤2,TRISO颗粒穿衣混料;
步骤2.1,在TRISO颗粒表面涂覆一层粘结剂,粘结剂为用无水乙醇稀释的丙三醇;
步骤2.2,将涂覆有粘结剂的TRISO颗粒与SiC粉末放入容器中,使TRISO颗粒与SiC粉末均匀混合,并在TRISO颗粒表面均匀地粘结一层SiC粉末,作为成型原料;
步骤3,环形FCM芯块成型;
采用成型模具对成型原料进行压制成型;
步骤4,环形FCM芯块烧结;
采用放电等离子烧结技术进行环形FCM芯块的烧结,最终得到环形FCM芯块。
2.如权利要求1所述的一种环形FCM芯块制备方法,其特征在于:步骤1中所述的成型模具的材料为钢材。
3.如权利要求2所述的一种环形FCM芯块制备方法,其特征在于:步骤3,采用钢制模具进行双向成型,成型压力为2.0~3.0kN,升压速率为0.8~1.0KN/s,保压时间为10~15s。
4.如权利要求1所述的一种环形FCM芯块制备方法,其特征在于:步骤1中所述的成型模具的材料为橡胶。
5.如权利要求4所述的一种环形FCM芯块制备方法,其特征在于:步骤3,采用橡胶模具进行冷等静压成型,成型压强为160~250MPa,保压时间为10~15s。
6.如权利要求1~5任一项所述的一种环形FCM芯块制备方法,其特征在于:步骤2.1中丙三醇的浓度为10~13%。
7.如权利要求6所述的一种环形FCM芯块制备方法,其特征在于:步骤2.2,采用“表面涂覆”的粘结方式,使TRISO颗粒与SiC粉末均匀混合,并在TRISO颗粒表面均匀地粘结一层SiC粉末。
8.如权利要求6所述的一种环形FCM芯块制备方法,其特征在于:步骤4,烧结温度为1600±50℃,烧结时间为33±5min,升温速率为100±10℃/min。
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