CN108417280A - 一种高铀装量燃料芯块及其制备方法和应用 - Google Patents

一种高铀装量燃料芯块及其制备方法和应用 Download PDF

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CN108417280A CN201810100344.8A CN201810100344A CN108417280A CN 108417280 A CN108417280 A CN 108417280A CN 201810100344 A CN201810100344 A CN 201810100344A CN 108417280 A CN108417280 A CN 108417280A
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李冰清
褚明福
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刘徐徐
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Abstract

本发明公开了一种高铀装量燃料芯块及其制备方法和应用，解决了现有技术中核燃料热导率和铀装量低，影响燃料组件的安全性和经济性的问题。本发明所述的高铀装量燃料芯块，以高热导率、高铀装量的材料粉末为原料，快速高温烧结制备而成，所述材料粉末选自UC、UN、U3Si2中的任意一种或几种，所述材料粉末的235U富集度为1％‑5％。本发明采用UC、UN、U3Si2等高热导率、高铀装量的材料粉末作为燃料芯块材料，使用快速烧结方法制备，具有高铀装量、高热导率的优势，在提升反应堆发电经济性、安全性的同时，进一步提升生产效率，对改进未来核电站新型核燃料的应用和改进具有重要的意义。

Description

一种高铀装量燃料芯块及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于核燃料技术领域，具体涉及一种高铀装量燃料芯块及其制备方法和应用。
背景技术
二氧化铀(UO2)是目前商用核反应堆应用最广泛的核燃料，具有优异的热、化学、辐照稳定性，以及高熔点、滞留固态裂变产物和阻挡气态裂变产物扩散能力强等优点。然而，依靠声子传热的特性导致其在高温和辐照条件下热导率急剧下降，热量导出能力迅速衰退。因此，目前的UO2-Zr核燃料体系的使用温度只有700-1200℃。在事故状态下，反应堆冷却系统失效，堆内热量无法散去，堆芯温度迅速升高，金属Zr包壳在高温下与水蒸气的氧化放热反应和释氢反应加剧，短时间内释放出大量的热量和氢气，氢气在高温下发生爆炸、包壳管由于各种不良反应以及燃料芯块的变形挤压而发生破裂，芯块由于温度过高而熔毁，反应堆压力壳由于内压过大而损毁，最终导致放射性物质泄漏的核事故(R.O.Meyer,Nucl.Technol.,155,2006,293.)。历次核事故中放射性物质的泄漏都与反应堆堆芯温度过高，燃料棒熔毁直接相关。因此UO2热导率过低的本征特性是引发核泄漏事故的关键因素之一。另外，UO2的铀装量处于较低的水平，处于提高核电站发电经济性的考虑，选用高铀装量材料，提高燃料铀装量具有重要的意义。
因此，提供一种燃料芯块，具有高铀装量、高热导率，能在提升反应堆发电经济性、安全性的同时，进一步提升生产效率，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明解决的技术问题是：提供一种高铀装量燃料芯块，解决现有技术中核燃料热导率和铀装量低，影响燃料组件的安全性和经济性的问题。
本发明还提供了一种高铀装量燃料芯块的制备方法。
本发明又提供了高铀装量燃料芯块的应用。
本发明采用的技术方案如下：
本发明所述的一种高铀装量燃料芯块，以高热导率、高铀装量的材料粉末为原料，快速高温烧结制备而成，所述材料粉末选自UC、UN、U3Si2中的任意一种或几种，所述材料粉末的235U富集度为1％-5％。
进一步地，所述材料粉末的粒径为2-40μm。
进一步地，所述烧结为放电等离子烧结或闪烧烧结。
本发明所述的一种高铀装量燃料芯块的制备方法，其特征在于，将材料粉末置于模具中进行放电等离子烧结或闪烧烧结，再将烧结后的材料粉末加工至所需形状尺寸，烧结压力为10-100MPa，烧结温度为1000-1800℃，保温时间为1-30min，升温速率50-2000℃/min。
进一步地，烧结气氛为氩气。
进一步地，所述模具为金属模具或石墨模具。
本发明所述的高铀装量燃料芯块在核反应堆中的应用。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明采用UC、UN、U3Si2等高热导率、高铀装量的材料粉末作为燃料芯块材料，使用快速烧结方法制备，具有高铀装量、高热导率的优势。相比于目前商用的UO2芯块，其铀装量提高5％-7％，热导率提高2-10倍。
该类型芯块在提升反应堆发电经济性、安全性的同时，进一步提升生产效率，对改进未来核电站新型核燃料的应用和改进具有重要的意义。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。
实施例1
步骤一，按照如下方式开展烧结：
UC粉末，粒径2μm，235U富集度1～5％，将上述粉末置于设计好的石墨模具中，进行放电等离子体烧结。烧结工艺如下：抽真空至5×10-2～5×10-1Pa，以50℃/min的速率升温至1000℃并保温1min，同时施加10MPa的烧结压力，保温保压结束后炉冷，烧结气氛为氩气。
步骤二，随炉冷却后将试样取出，加工至所需形状尺寸。
实施例2
步骤一，按照如下方式开展烧结：
UC粉末，粒径40μm，235U富集度1～5％，将上述粉末置于设计好的石墨模具中，进行放电等离子体烧结。烧结工艺如下：抽真空至5×10-2～5×10-1Pa，以1000℃/min的速率升温至1800℃并保温30min，同时施加100MPa的烧结压力，保温保压结束后炉冷，烧结气氛为氩气。
步骤二，随炉冷却后将试样取出，加工至所需形状尺寸。
实施例3
步骤一，按照如下方式开展烧结：
UC粉末，粒径5μm，235U富集度1～5％，将上述粉末置于设计好的石墨模具中，进行放电等离子体烧结。烧结工艺如下：抽真空至5×10-2～5×10-1Pa，以200℃/min的速率升温至1000℃并保温2min，同时施加20MPa的烧结压力，保温保压结束后炉冷，烧结气氛为氩气。
步骤二，随炉冷却后将试样取出，加工至所需形状尺寸。
实施例4
步骤一，按照如下方式开展烧结：
UC粉末，粒径20μm，235U富集度1～5％，将上述粉末置于设计好的石墨模具中，进行放电等离子体烧结。烧结工艺如下：抽真空至5×10-2～5×10-1Pa，以300℃/min的速率升温至1500℃并保温10min，同时施加40MPa的烧结压力，保温保压结束后炉冷，烧结气氛为氩气。
步骤二，随炉冷却后将试样取出，加工至所需形状尺寸。
实施例5
步骤一，按照如下方式开展烧结：
UC粉末，粒径10μm，235U富集度1～5％，将上述粉末置于设计好的石墨模具中，进行放电等离子体烧结。烧结工艺如下：抽真空至5×10-2～5×10-1Pa，以500℃/min的速率升温至1200℃并保温5min，同时施加60MPa的烧结压力，保温保压结束后炉冷，烧结气氛为氩气。
步骤二，随炉冷却后将试样取出，加工至所需形状尺寸。
实施例6
步骤一，按照如下方式开展烧结：
UC粉末，粒径10μm，235U富集度1～5％，将上述粉末置于设计好的石墨模具中，进行放电等离子体烧结。烧结工艺如下：抽真空至5×10-2～5×10-1Pa，以800℃/min的速率升温至1600℃并保温10min，同时施加30MPa的烧结压力，保温保压结束后炉冷，烧结气氛为氩气。
步骤二，随炉冷却后将试样取出，加工至所需形状尺寸。
实施例7
步骤一，按照如下方式开展烧结：
UC粉末，粒径40μm，235U富集度1～5％，将上述粉末置于设计好的石墨模具中，进行放电等离子体烧结。烧结工艺如下：抽真空至5×10-2～5×10-1Pa，以500℃/min的速率升温至1200℃并保温5min，同时施加50MPa的烧结压力，保温保压结束后炉冷，烧结气氛为氩气。
步骤二，随炉冷却后将试样取出，加工至所需形状尺寸。
实施例8
步骤一，按照如下方式开展烧结：
UC粉末，粒径20μm，235U富集度1～5％，将上述粉末置于设计好的石墨模具中，进行放电等离子体烧结。烧结工艺如下：抽真空至5×10-2～5×10-1Pa，以300℃/min的速率升温至1100℃并保温5min，同时施加40MPa的烧结压力，保温保压结束后炉冷，烧结气氛为氩气。
步骤二，随炉冷却后将试样取出，加工至所需形状尺寸。
实施例9
步骤一，按照如下方式开展烧结：
UC粉末，粒径20μm，235U富集度1～5％，将上述粉末置于设计好的石墨模具中，进行放电等离子体烧结。烧结工艺如下：抽真空至5×10-2～5×10-1Pa，以600℃/min的速率升温至1300℃并保温2min，同时施加50MPa的烧结压力，保温保压结束后炉冷，烧结气氛为氩气。
步骤二，随炉冷却后将试样取出，加工至所需形状尺寸。
实施例10
步骤一，按照如下方式开展烧结：
UN粉末，粒径2μm，235U富集度1～5％，将上述粉末置于设计好的石墨模具中，进行放电等离子体烧结。烧结工艺如下：抽真空至5×10-2～5×10-1Pa，以50℃/min的速率升温至1000℃并保温1min，同时施加10MPa的烧结压力，保温保压结束后炉冷，烧结气氛为氩气。
步骤二，随炉冷却后将试样取出，加工至所需形状尺寸。
实施例11
步骤一，按照如下方式开展烧结：
UN粉末，粒径40μm，235U富集度1～5％，将上述粉末置于设计好的石墨模具中，进行放电等离子体烧结。烧结工艺如下：抽真空至5×10-2～5×10-1Pa，以1000℃/min的速率升温至1800℃并保温30min，同时施加100MPa的烧结压力，保温保压结束后炉冷，烧结气氛为氩气。
步骤二，随炉冷却后将试样取出，加工至所需形状尺寸。
实施例12
步骤一，按照如下方式开展烧结：
UN粉末，粒径5μm，235U富集度1～5％，将上述粉末置于设计好的石墨模具中，进行放电等离子体烧结。烧结工艺如下：抽真空至5×10-2～5×10-1Pa，以200℃/min的速率升温至1000℃并保温2min，同时施加20MPa的烧结压力，保温保压结束后炉冷，烧结气氛为氩气。
步骤二，随炉冷却后将试样取出，加工至所需形状尺寸。
实施例13
步骤一，按照如下方式开展烧结：
UN粉末，粒径20μm，235U富集度1～5％，将上述粉末置于设计好的石墨模具中，进行放电等离子体烧结。烧结工艺如下：抽真空至5×10-2～5×10-1Pa，以300℃/min的速率升温至1500℃并保温10min，同时施加40MPa的烧结压力，保温保压结束后炉冷，烧结气氛为氩气。
步骤二，随炉冷却后将试样取出，加工至所需形状尺寸。
实施例14
步骤一，按照如下方式开展烧结：
UN粉末，粒径10μm，235U富集度1～5％，将上述粉末置于设计好的石墨模具中，进行放电等离子体烧结。烧结工艺如下：抽真空至5×10-2～5×10-1Pa，以500℃/min的速率升温至1200℃并保温5min，同时施加60MPa的烧结压力，保温保压结束后炉冷，烧结气氛为氩气。
步骤二，随炉冷却后将试样取出，加工至所需形状尺寸。
实施例15
步骤一，按照如下方式开展烧结：
UN粉末，粒径10μm，235U富集度1～5％，将上述粉末置于设计好的石墨模具中，进行放电等离子体烧结。烧结工艺如下：抽真空至5×10-2～5×10-1Pa，以800℃/min的速率升温至1600℃并保温10min，同时施加30MPa的烧结压力，保温保压结束后炉冷，烧结气氛为氩气。
步骤二，随炉冷却后将试样取出，加工至所需形状尺寸。
实施例16
步骤一，按照如下方式开展烧结：
UN粉末，粒径40μm，235U富集度1～5％，将上述粉末置于设计好的石墨模具中，进行放电等离子体烧结。烧结工艺如下：抽真空至5×10-2～5×10-1Pa，以500℃/min的速率升温至1200℃并保温5min，同时施加50MPa的烧结压力，保温保压结束后炉冷，烧结气氛为氩气。
步骤二，随炉冷却后将试样取出，加工至所需形状尺寸。
实施例17
步骤一，按照如下方式开展烧结：
UN粉末，粒径20μm，235U富集度1～5％，将上述粉末置于设计好的石墨模具中，进行放电等离子体烧结。烧结工艺如下：抽真空至5×10-2～5×10-1Pa，以300℃/min的速率升温至1100℃并保温5min，同时施加40MPa的烧结压力，保温保压结束后炉冷，烧结气氛为氩气。
步骤二，随炉冷却后将试样取出，加工至所需形状尺寸。
实施例18
步骤一，按照如下方式开展烧结：
UN粉末，粒径20μm，235U富集度1～5％，将上述粉末置于设计好的石墨模具中，进行放电等离子体烧结。烧结工艺如下：抽真空至5×10-2～5×10-1Pa，以600℃/min的速率升温至1300℃并保温2min，同时施加50MPa的烧结压力，保温保压结束后炉冷，烧结气氛为氩气。
步骤二，随炉冷却后将试样取出，加工至所需形状尺寸。
实施例19
步骤一，按照如下方式开展烧结：
U3Si2粉末，粒径2μm，235U富集度1～5％，将上述粉末置于设计好的石墨模具中，进行放电等离子体烧结。烧结工艺如下：抽真空至5×10-2～5×10-1Pa，以50℃/min的速率升温至1000℃并保温1min，同时施加10MPa的烧结压力，保温保压结束后炉冷，烧结气氛为氩气。
步骤二，随炉冷却后将试样取出，加工至所需形状尺寸。
实施例20
步骤一，按照如下方式开展烧结：
U3Si2粉末，粒径40μm，235U富集度1～5％，将上述粉末置于设计好的石墨模具中，进行放电等离子体烧结。烧结工艺如下：抽真空至5×10-2～5×10-1Pa，以1000℃/min的速率升温至1800℃并保温30min，同时施加100MPa的烧结压力，保温保压结束后炉冷，烧结气氛为氩气。
步骤二，随炉冷却后将试样取出，加工至所需形状尺寸。
实施例21
步骤一，按照如下方式开展烧结：
U3Si2粉末，粒径5μm，235U富集度1～5％，将上述粉末置于设计好的石墨模具中，进行放电等离子体烧结。烧结工艺如下：抽真空至5×10-2～5×10-1Pa，以200℃/min的速率升温至1000℃并保温2min，同时施加20MPa的烧结压力，保温保压结束后炉冷，烧结气氛为氩气。
步骤二，随炉冷却后将试样取出，加工至所需形状尺寸。
实施例22
步骤一，按照如下方式开展烧结：
U3Si2粉末，粒径20μm，235U富集度1～5％，将上述粉末置于设计好的石墨模具中，进行放电等离子体烧结。烧结工艺如下：抽真空至5×10-2～5×10-1Pa，以300℃/min的速率升温至1500℃并保温10min，同时施加40MPa的烧结压力，保温保压结束后炉冷，烧结气氛为氩气。
步骤二，随炉冷却后将试样取出，加工至所需形状尺寸。
实施例23
步骤一，按照如下方式开展烧结：
U3Si2粉末，粒径10μm，235U富集度1～5％，将上述粉末置于设计好的石墨模具中，进行放电等离子体烧结。烧结工艺如下：抽真空至5×10-2～5×10-1Pa，以500℃/min的速率升温至1200℃并保温5min，同时施加60MPa的烧结压力，保温保压结束后炉冷，烧结气氛为氩气。
步骤二，随炉冷却后将试样取出，加工至所需形状尺寸。
实施例24
步骤一，按照如下方式开展烧结：
U3Si2粉末，粒径10μm，235U富集度1～5％，将上述粉末置于设计好的石墨模具中，进行放电等离子体烧结。烧结工艺如下：抽真空至5×10-2～5×10-1Pa，以800℃/min的速率升温至1600℃并保温10min，同时施加30MPa的烧结压力，保温保压结束后炉冷，烧结气氛为氩气。
步骤二，随炉冷却后将试样取出，加工至所需形状尺寸。
实施例25
步骤一，按照如下方式开展烧结：
U3Si2粉末，粒径40μm，235U富集度1～5％，将上述粉末置于设计好的石墨模具中，进行放电等离子体烧结。烧结工艺如下：抽真空至5×10-2～5×10-1Pa，以500℃/min的速率升温至1200℃并保温5min，同时施加50MPa的烧结压力，保温保压结束后炉冷，烧结气氛为氩气。
步骤二，随炉冷却后将试样取出，加工至所需形状尺寸。
实施例26
步骤一，按照如下方式开展烧结：
U3Si2粉末，粒径20μm，235U富集度1～5％，将上述粉末置于设计好的石墨模具中，进行放电等离子体烧结。烧结工艺如下：抽真空至5×10-2～5×10-1Pa，以300℃/min的速率升温至1100℃并保温5min，同时施加40MPa的烧结压力，保温保压结束后炉冷，烧结气氛为氩气。
步骤二，随炉冷却后将试样取出，加工至所需形状尺寸。
实施例27
步骤一，按照如下方式开展烧结：
U3Si2粉末，粒径20μm，235U富集度1～5％，将上述粉末置于设计好的石墨模具中，进行放电等离子体烧结。烧结工艺如下：抽真空至5×10-2～5×10-1Pa，以600℃/min的速率升温至1300℃并保温2min，同时施加50MPa的烧结压力，保温保压结束后炉冷，烧结气氛为氩气。
步骤二，随炉冷却后将试样取出，加工至所需形状尺寸。
实施例28
步骤一，按照如下方式开展烧结：
UC粉末，粒径2μm，235U富集度1～5％，将上述粉末置于设计好的石墨模具中，进行闪烧烧结。烧结工艺如下：抽真空至5×10-2～5×10-1Pa，以600℃/min的速率升温至1000℃并保温1min，同时施加10MPa的烧结压力，保温保压结束后炉冷，烧结气氛为氩气。
步骤二，随炉冷却后将试样取出，加工至所需形状尺寸。
实施例29
步骤一，按照如下方式开展烧结：
UC粉末，粒径40μm，235U富集度1～5％，将上述粉末置于设计好的金属模具中，进行闪烧烧结。烧结工艺如下：抽真空至5×10-2～5×10-1Pa，以1000℃/min的速率升温至1800℃并保温30min，同时施加100MPa的烧结压力，保温保压结束后炉冷，烧结气氛为氩气。
步骤二，随炉冷却后将试样取出，加工至所需形状尺寸。
实施例30
步骤一，按照如下方式开展烧结：
UC粉末，粒径20μm，235U富集度1～5％，将上述粉末置于设计好的金属模具中，进行闪烧烧结。烧结工艺如下：抽真空至5×10-2～5×10-1Pa，以2000℃/min的速率升温至1400℃并保温1min，同时施加30MPa的烧结压力，保温保压结束后炉冷，烧结气氛为氩气。
步骤二，随炉冷却后将试样取出，加工至所需形状尺寸。
实施例31
步骤一，按照如下方式开展烧结：
UC粉末，粒径10μm，235U富集度1～5％，将上述粉末置于设计好的金属模具中，进行闪烧烧结。烧结工艺如下：抽真空至5×10-2～5×10-1Pa，以1500℃/min的速率升温至1200℃并保温1min，同时施加50MPa的烧结压力，保温保压结束后炉冷，烧结气氛为氩气。
步骤二，随炉冷却后将试样取出，加工至所需形状尺寸。
实施例32
步骤一，按照如下方式开展烧结：
UN粉末，粒径2μm，235U富集度1～5％，将上述粉末置于设计好的石墨模具中，进行闪烧烧结。烧结工艺如下：抽真空至5×10-2～5×10-1Pa，以600℃/min的速率升温至1000℃并保温1min，同时施加10MPa的烧结压力，保温保压结束后炉冷，烧结气氛为氩气。
步骤二，随炉冷却后将试样取出，加工至所需形状尺寸。
实施例33
步骤一，按照如下方式开展烧结：
UN粉末，粒径40μm，235U富集度1～5％，将上述粉末置于设计好的金属模具中，进行闪烧烧结。烧结工艺如下：抽真空至5×10-2～5×10-1Pa，以1000℃/min的速率升温至1800℃并保温30min，同时施加100MPa的烧结压力，保温保压结束后炉冷，烧结气氛为氩气。
步骤二，随炉冷却后将试样取出，加工至所需形状尺寸。
实施例34
步骤一，按照如下方式开展烧结：
UN粉末，粒径20μm，235U富集度1～5％，将上述粉末置于设计好的金属模具中，进行闪烧烧结。烧结工艺如下：抽真空至5×10-2～5×10-1Pa，以2000℃/min的速率升温至1400℃并保温1min，同时施加30MPa的烧结压力，保温保压结束后炉冷，烧结气氛为氩气。
步骤二，随炉冷却后将试样取出，加工至所需形状尺寸。
实施例35
步骤一，按照如下方式开展烧结：
UN粉末，粒径10μm，235U富集度1～5％，将上述粉末置于设计好的金属模具中，进行闪烧烧结。烧结工艺如下：抽真空至5×10-2～5×10-1Pa，以1500℃/min的速率升温至1200℃并保温1min，同时施加50MPa的烧结压力，保温保压结束后炉冷，烧结气氛为氩气。
步骤二，随炉冷却后将试样取出，加工至所需形状尺寸。
实施例36
步骤一，按照如下方式开展烧结：
UN粉末，粒径2μm，235U富集度1～5％，将上述粉末置于设计好的石墨模具中，进行闪烧烧结。烧结工艺如下：抽真空至5×10-2～5×10-1Pa，以600℃/min的速率升温至1000℃并保温1min，同时施加10MPa的烧结压力，保温保压结束后炉冷，烧结气氛为氩气。
步骤二，随炉冷却后将试样取出，加工至所需形状尺寸。
实施例37
步骤一，按照如下方式开展烧结：
U3Si2粉末，粒径40μm，235U富集度1～5％，将上述粉末置于设计好的金属模具中，进行闪烧烧结。烧结工艺如下：抽真空至5×10-2～5×10-1Pa，以1000℃/min的速率升温至1800℃并保温30min，同时施加100MPa的烧结压力，保温保压结束后炉冷，烧结气氛为氩气。
步骤二，随炉冷却后将试样取出，加工至所需形状尺寸。
实施例38
步骤一，按照如下方式开展烧结：
U3Si2粉末，粒径20μm，235U富集度1～5％，将上述粉末置于设计好的金属模具中，进行闪烧烧结。烧结工艺如下：抽真空至5×10-2～5×10-1Pa，以2000℃/min的速率升温至1400℃并保温1min，同时施加30MPa的烧结压力，保温保压结束后炉冷，烧结气氛为氩气。
步骤二，随炉冷却后将试样取出，加工至所需形状尺寸。
实施例39
步骤一，按照如下方式开展烧结：
U3Si2粉末，粒径10μm，235U富集度1～5％，将上述粉末置于设计好的金属模具中，进行闪烧烧结。烧结工艺如下：抽真空至5×10-2～5×10-1Pa，以1500℃/min的速率升温至1200℃并保温1min，同时施加50MPa的烧结压力，保温保压结束后炉冷，烧结气氛为氩气。
步骤二，随炉冷却后将试样取出，加工至所需形状尺寸。
实施例40
步骤一，按照如下方式开展烧结：
UN和U3Si2粉末，粒径分别为2μm、40μm，按体积比9:1混合，235U富集度1～5％，将上述粉末置于设计好的石墨模具中，进行放电等离子体烧结。烧结工艺如下：抽真空至5×10-2～5×10-1Pa，以100℃/min的速率升温至1200℃并保温1min，同时施加50MPa的烧结压力，保温保压结束后炉冷，烧结气氛为氩气。
步骤二，随炉冷却后将试样取出，加工至所需形状尺寸。
实施例41
步骤一，按照如下方式开展烧结：
UN和U3Si2粉末，粒径分别为40μm、2μm，按体积比9:1混合，235U富集度1～5％，将上述粉末置于设计好的石墨模具中，进行放电等离子体烧结。烧结工艺如下：抽真空至5×10-2～5×10-1Pa，以1000℃/min的速率升温至1800℃并保温2min，同时施加30MPa的烧结压力，保温保压结束后炉冷，烧结气氛为氩气。
步骤二，随炉冷却后将试样取出，加工至所需形状尺寸。
实施例42
步骤一，按照如下方式开展烧结：
UN和U3Si2粉末，粒径分别为10μm、20μm，按体积比95:5混合，235U富集度1～5％，将上述粉末置于设计好的石墨模具中，进行放电等离子体烧结。烧结工艺如下：抽真空至5×10-2～5×10-1Pa，以500℃/min的速率升温至1300℃并保温10min，同时施加30MPa的烧结压力，保温保压结束后炉冷，烧结气氛为氩气。
步骤二，随炉冷却后将试样取出，加工至所需形状尺寸。
实施例43
步骤一，按照如下方式开展烧结：
UN和U3Si2粉末，粒径分别为10μm、20μm，按体积比85:15混合，235U富集度1～5％，将上述粉末置于设计好的石墨模具中，进行放电等离子体烧结。烧结工艺如下：抽真空至5×10-2～5×10-1Pa，以300℃/min的速率升温至1500℃并保温10min，同时施加50MPa的烧结压力，保温保压结束后炉冷，烧结气氛为氩气。
步骤二，随炉冷却后将试样取出，加工至所需形状尺寸。
实施例44
步骤一，按照如下方式开展烧结：
UN和U3Si2粉末，粒径分别为10μm、20μm，按体积比85:15混合，235U富集度1～5％，将上述粉末置于设计好的石墨模具中，进行放电等离子体烧结。烧结工艺如下：抽真空至5×10-2～5×10-1Pa，以500℃/min的速率升温至1400℃并保温3min，同时施加30MPa的烧结压力，保温保压结束后炉冷，烧结气氛为氩气。
步骤二，随炉冷却后将试样取出，加工至所需形状尺寸。
实施例44
步骤一，按照如下方式开展烧结：
UN和U3Si2粉末，粒径分别为10μm、20μm，按体积比80:20混合，235U富集度1～5％，将上述粉末置于设计好的石墨模具中，进行放电等离子体烧结。烧结工艺如下：抽真空至5×10-2～5×10-1Pa，以500℃/min的速率升温至1300℃并保温5min，同时施加40MPa的烧结压力，保温保压结束后炉冷，烧结气氛为氩气。
步骤二，随炉冷却后将试样取出，加工至所需形状尺寸。
上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高铀装量燃料芯块，其特征在于，以高热导率、高铀装量的材料粉末为原料，快速高温烧结制备而成，所述材料粉末选自UC、UN、U3Si2中的任意一种或几种，所述材料粉末的235U富集度为1％-5％。
2.根据权利要求1所述的一种高铀装量燃料芯块，其特征在于，所述材料粉末的粒径为2-40μm。
3.根据权利要求2所述的一种高铀装量燃料芯块，其特征在于，所述烧结为放电等离子烧结或闪烧烧结。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种高铀装量燃料芯块的制备方法，其特征在于，将材料粉末置于模具中进行放电等离子烧结或闪烧烧结，再将烧结后的材料粉末加工至所需形状尺寸，烧结压力为10-100MPa，烧结温度为1000-1800℃，保温时间为1-30min，升温速率50-2000℃/min。
5.根据权利要求4所述的一种高铀装量燃料芯块的制备方法，其特征在于，烧结气氛为氩气。
6.根据权利要求5所述的一种高铀装量燃料芯块的制备方法，其特征在于，所述模具为金属模具或石墨模具。
7.权利要求1-6任意一项所述的高铀装量燃料芯块在核反应堆中的应用。
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