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

一种环形FCM芯块制备方法
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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