CN109903868A - 一种uc燃料芯块的制备方法 - Google Patents

一种uc燃料芯块的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109903868A
CN109903868A CN201910003064.XA CN201910003064A CN109903868A CN 109903868 A CN109903868 A CN 109903868A CN 201910003064 A CN201910003064 A CN 201910003064A CN 109903868 A CN109903868 A CN 109903868A
Authority
CN
China
Prior art keywords
powder
preparation
fuel pellet
hours
temperature
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
Application number
CN201910003064.XA
Other languages
English (en)
Inventor
吴学志
尹邦跃
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China Institute of Atomic of Energy
Original Assignee
China Institute of Atomic of Energy
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China Institute of Atomic of Energy filed Critical China Institute of Atomic of Energy
Priority to CN201910003064.XA priority Critical patent/CN109903868A/zh
Publication of CN109903868A publication Critical patent/CN109903868A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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

  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

本发明属于核燃料制备技术领域，涉及一种UC燃料芯块的制备方法。所述的制备方法包括如下步骤：(1)制备超细金属铀粉末；(2)金属铀粉与超细碳粉混合处理；(3)UC粉末高温合成；(4)UC粉末压制；(5)UC燃料芯块生坯烧结。利用本发明的UC燃料芯块的制备方法，能够制备得到高纯UC燃料。

Description

一种UC燃料芯块的制备方法
技术领域
本发明属于核燃料制备技术领域，涉及一种UC燃料芯块的制备方法。
背景技术
一般来讲，陶瓷核燃料主要包括UO2、UC和UN燃料，其中压水堆核电站常用的陶瓷核燃料为UO2燃料，而UC和UN燃料一般应用在特殊的反应堆中。由于UC燃料与UO2燃料相比，具有更高的熔点、更好的热导率及更强的抗中子辐照性能，故UC燃料适合用作比普通核电站条件更加苛刻的空间核动力反应堆芯的燃料。
UC燃料的常规制备方法是：将UO2粉末与碳粉末混合，经高温反应处理后，再经球磨、压制及烧结制备得到。
通过此种方法制备UC燃料时，为了能够使UO2与碳粉反应充分，一般需要碳粉过量才能将UO2中的氧彻底除去，但是由于碳化铀燃料存在UC、U2C3和UC2三种不同相结构，碳粉过量会导致杂质相(U2C3或UC2)的产生，使得无法制备纯度较高的UC单相燃料，而不同相存在会导致UC燃料在温度变化时开裂，因此需要工艺突破，以制备得到高纯UC燃料。
发明内容
本发明的目的是提供一种UC燃料芯块的制备方法，以能够制备得到高纯UC燃料。
为实现此目的，在基础的实施方案中，本发明提供一种UC燃料芯块的制备方法，所述的制备方法包括如下步骤：
(1)制备超细金属铀粉末：将金属铀放入氢化炉内，通入氢气升温并保温进行氢化处理，降至室温后得到氢化铀粉末，停止通入氢气，对氢化炉进行抽真空处理后再升温并保温进行处理，降至室温后得到细化金属铀粉末；
(2)金属铀粉与超细碳粉混合处理：将步骤(1)制备得到的超细金属铀粉末与超细碳粉末进行球磨混合；
(3)UC粉末高温合成：将步骤(2)制备得到的混合粉末进行真空烧结、破碎与研磨过筛，得到高纯UC粉末；
(4)UC粉末压制：在步骤(3)制备得到的UC粉末中加入硬脂酸，混合处理后压制成型，得到UC燃料芯块生坯；
(5)UC燃料芯块生坯烧结：将步骤(4)制备得到的UC燃料芯块生坯经高纯Ar气氛下的烧结制备得到UC燃料芯块。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种UC燃料芯块的制备方法，其中步骤(1)中，所述的通入氢气升温并保温进行氢化处理的处理温度为500-600℃，处理时间为3-5小时，处理气压为0.1-0.2MPa。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种UC燃料芯块的制备方法，其中步骤(1)中，所述的抽真空处理后氢化炉内的真空度为10-1-10-2pa；所述的抽真空处理后再升温并保温进行处理的处理温度为400-500℃，处理时间为4-6小时。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种UC燃料芯块的制备方法，其中步骤(1)的操作重复4-6次。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种UC燃料芯块的制备方法，其中步骤(2)中，所述的超细碳粉末的平均粒度为100-300nm；所述的超细金属铀粉末与超细碳粉末进行球磨混合的混合摩尔比为(1-1.1)∶1，球料体积比为(8-10)∶1，球磨转速为500-700转/分钟，球磨时间为1-3小时。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种UC燃料芯块的制备方法，其中步骤(3)中，所述的真空烧结的真空度为10-1-10-2pa，烧结温度为800-1000℃，烧结时间为1-3小时；所述的过筛为过80-100目筛。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种UC燃料芯块的制备方法，其中步骤(4)中，在UC粉末中加入质量百分比0.3-0.5％的硬脂酸后混合处理2-4小时，压制成型的压力为350-450MPa，压制成型的时间为30-50秒。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种UC燃料芯块的制备方法，其中步骤(5)中，所述的烧结的温度为1900-2100℃，时间为2-4小时。
本发明的有益效果在于，利用本发明的UC燃料芯块的制备方法，能够制备得到高纯UC燃料。
UC燃料具有不同的相结构(UC、U2C3和UC2)，导致采用传统的UO2+C高温合成工艺制备UC燃料时，C/U比无法精确控制，从而无法制备得到相纯度高的UC燃料。而本发明采用金属铀粉与超细碳粉反应制备UC燃料，具有成分可设计、实验过程可控及不产生杂质相的优点，且高真空制备UC粉末可将过量的U粉挥发掉，从而制备得到高纯度的UC相燃料。
本发明制备的UC燃料芯块相对密度(相对密度等于真实密度除以理论密度，以下同理)约为93％TD，具有优异的热物理性能。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明的具体实施方式作出进一步的说明。
实施例1：UC燃料芯块的制备及检测(一)
(1)制备超细金属铀粉末
将金属铀块放入氢化炉内，通入高纯氢气(纯度为99.90％)，维持气压在0.1MPa，升温至500℃，保温5小时后，降至室温，得到氢化铀粉末。停止通入氢气，并将氢化炉内气压抽至1×10-1Pa，升温至400℃，保温6小时后，降至室温，得到金属铀粉末。为了细化金属铀粉，重复上述操作4次。
(2)金属铀粉与超细碳粉高能球磨处理
将制得的金属铀粉与超细碳粉(平均粒度为100nm)按照摩尔比1∶1的比例称料配比，之后将混合料放入高能球磨罐内进行高能球磨，球磨参数如下：球料体积比为8∶1，球磨转速为500转/分钟，球磨时间为3小时。
(3)UC粉末高温合成
将制备得到的混合粉末放入真空烧结炉，抽真空至10-1Pa，之后升温至800℃，保温3小时，得到UC燃料烧结块，将烧结块破碎，研磨，过80目筛，得到高纯UC粉末。
(4)UC粉末压制
将UC粉末加入质量百分比0.3％的硬脂酸，混合处理2小时，取UC粉末4克，在350MPa的压力下压制成型，压制时间为50秒，将UC粉末压制成UC燃料芯块生坯。
(5)UC燃料芯块生坯烧结
将UC燃料芯块生坯在1900℃、高纯Ar的气氛下烧结4小时，制得相对密度为92％TD的UC燃料芯块，相纯度为91.3％(此处相纯度是指一种物相种类占总物相种类的质量百分比，采用XRD法测出，以下同理)。
实施例2：UC燃料芯块的制备及检测(二)
(1)制备超细金属铀粉末
将金属铀块放入氢化炉内，通入高纯氢气(纯度为99.95％)，维持气压在0.15MPa，升温至550℃，保温4小时后，降至室温，得到氢化铀粉末。停止通入氢气，并将氢化炉内气压抽至5×10-2pa，升温至450℃，保温5小时后，降至室温，得到金属铀粉末。为了细化金属铀粉，重复上述操作5次。
(2)金属铀粉与超细碳粉高能球磨处理
将制得的金属铀粉与超细碳粉(平均粒度为200nm)按照摩尔比1.05∶1的比例称料配比，之后将混合料放入高能球磨罐内进行高能球磨，球磨参数如下：球料体积比为9∶1，球磨转速为600转/分钟，球磨时间为2小时。
(3)UC粉末高温合成
将制备得到的混合粉末放入真空烧结炉，抽真空至5×10-2pa，之后升温至900℃，保温2小时，得到UC燃料烧结块，将烧结块破碎，研磨，过90目筛，得到高纯UC粉末。
(4)UC粉末压制
将UC粉末加入质量百分比0.4％的硬脂酸，混合处理3小时，取UC粉末5克，在400MPa的压力下压制成型，压制时间为40秒，将UC粉末压制成UC燃料芯块生坯。
(5)UC燃料芯块生坯烧结
将UC燃料芯块生坯在2000℃、高纯Ar的气氛下烧结3小时，制得相对密度为93％TD的UC燃料芯块，相纯度为91.9％。
实施例3：UC燃料芯块的制备及检测(三)
(1)制备超细金属铀粉末
将金属铀块放入氢化炉内，通入高纯氢气(纯度为99.99％)，维持气压在0.2MPa，升温至600℃，保温3小时后，降至室温，得到氢化铀粉末。停止通入氢气，并将氢化炉内气压抽至1×10-2pa，升温至500℃，保温4小时后，降至室温，得到金属铀粉末。为了细化金属铀粉，重复上述操作6次。
(2)金属铀粉与超细碳粉高能球磨处理
将制得的金属铀粉与超细碳粉(平均粒度为300nm)按照摩尔比1.1∶1的比例称料配比，之后将混合料放入高能球磨罐内进行高能球磨，球磨参数如下：球料体积比为10∶1，球磨转速为700转/分钟，球磨时间为1小时。
(3)UC粉末高温合成
将制备得到的混合粉末放入真空烧结炉，抽真空至10-2pa，之后升温至1000℃，保温1小时，得到UC燃料烧结块，将烧结块破碎，研磨，过100目筛，得到高纯UC粉末。
(4)UC粉末压制
将UC粉末加入质量百分比0.5％的硬脂酸，混合处理4小时，取UC粉末6克，在450MPa的压力下压制成型，压制时间为30秒，将UC粉末压制成UC燃料芯块生坯。
(5)UC燃料芯块生坯烧结
将UC燃料芯块生坯在2100℃、高纯Ar的气氛下烧结2小时，制得相对密度为94％TD的UC燃料芯块，相纯度为92.5％。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。上述实施例或实施方式只是对本发明的举例说明，本发明也可以以其它的特定方式或其它的特定形式实施，而不偏离本发明的要旨或本质特征。因此，描述的实施方式从任何方面来看均应视为说明性而非限定性的。本发明的范围应由附加的权利要求说明，任何与权利要求的意图和范围等效的变化也应包含在本发明的范围内。

Claims (8)

1.一种UC燃料芯块的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括如下步骤：
(1)制备超细金属铀粉末：将金属铀放入氢化炉内，通入氢气升温并保温进行氢化处理，降至室温后得到氢化铀粉末，停止通入氢气，对氢化炉进行抽真空处理后再升温并保温进行处理，降至室温后得到细化金属铀粉末；
(2)金属铀粉与超细碳粉混合处理：将步骤(1)制备得到的超细金属铀粉末与超细碳粉末进行球磨混合；
(3)UC粉末高温合成：将步骤(2)制备得到的混合粉末进行真空烧结、破碎与研磨过筛，得到高纯UC粉末；
(4)UC粉末压制：在步骤(3)制备得到的UC粉末中加入硬脂酸，混合处理后压制成型，得到UC燃料芯块生坯；
(5)UC燃料芯块生坯烧结：将步骤(4)制备得到的UC燃料芯块生坯经高纯Ar气氛下的烧结制备得到UC燃料芯块。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述的通入氢气升温并保温进行氢化处理的处理温度为500-600℃，处理时间为3-5小时，处理气压为0.1-0.2MPa。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述的抽真空处理后氢化炉内的真空度为10-1-10-2pa；所述的抽真空处理后再升温并保温进行处理的处理温度为400-500℃，处理时间为4-6小时。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)的操作重复4-6次。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述的超细碳粉末的平均粒度为100-300nm；所述的超细金属铀粉末与超细碳粉末进行球磨混合的混合摩尔比为(1-1.1)∶1，球料体积比为(8-10)∶1，球磨转速为500-700转/分钟，球磨时间为1-3小时。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，所述的真空烧结的真空度为10-1-10-2pa，烧结温度为800-1000℃，烧结时间为1-3小时；所述的过筛为过80-100目筛。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(4)中，在UC粉末中加入质量百分比0.3-0.5％的硬脂酸后混合处理2-4小时，压制成型的压力为350-450MPa，压制成型的时间为30-50秒。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(5)中，所述的烧结的温度为1900-2100℃，时间为2-4小时。
CN201910003064.XA 2019-01-02 2019-01-02 一种uc燃料芯块的制备方法 Pending CN109903868A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910003064.XA CN109903868A (zh) 2019-01-02 2019-01-02 一种uc燃料芯块的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910003064.XA CN109903868A (zh) 2019-01-02 2019-01-02 一种uc燃料芯块的制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109903868A true CN109903868A (zh) 2019-06-18

Family

ID=66943490

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910003064.XA Pending CN109903868A (zh) 2019-01-02 2019-01-02 一种uc燃料芯块的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109903868A (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
CN112735618A (zh) * 2020-12-30 2021-04-30 中核北方核燃料元件有限公司 一种SiC基UCO核芯燃料芯块制备方法
CN113012833A (zh) * 2019-12-20 2021-06-22 中核北方核燃料元件有限公司 一种氮化铀复合二氧化铀燃料芯块的制备方法
CN115740463A (zh) * 2022-11-07 2023-03-07 中国原子能科学研究院 燃料芯块的制备方法
CN116283298A (zh) * 2023-03-03 2023-06-23 中国原子能科学研究院 一种放射性核束装置碳化铀靶材的制备方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103466568A (zh) * 2013-09-09 2013-12-25 中国原子能科学研究院 氮化铀燃料粉末和芯块的制备方法
CN106829886A (zh) * 2017-01-05 2017-06-13 中国原子能科学研究院 一氮化铀粉末的低温合成法
CN106927832A (zh) * 2017-04-13 2017-07-07 中国工程物理研究院材料研究所 一种仿max相事故容错核燃料芯块的制备方法
CN107221359A (zh) * 2017-07-03 2017-09-29 中国工程物理研究院材料研究所 一种氧化铍改进型二氧化铀核燃料的制备方法
CN107342110A (zh) * 2017-07-27 2017-11-10 中国原子能科学研究院 一种uo2‑石墨烯复合燃料的制备工艺
CN108305693A (zh) * 2017-12-21 2018-07-20 中核北方核燃料元件有限公司 一种氮化铀芯块制备方法
US20180264679A1 (en) * 2017-03-20 2018-09-20 Battelle Energy Alliance, Llc Methods and apparatus for additively manufacturing structures using in situ formed additive manufacturing materials

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103466568A (zh) * 2013-09-09 2013-12-25 中国原子能科学研究院 氮化铀燃料粉末和芯块的制备方法
CN106829886A (zh) * 2017-01-05 2017-06-13 中国原子能科学研究院 一氮化铀粉末的低温合成法
US20180264679A1 (en) * 2017-03-20 2018-09-20 Battelle Energy Alliance, Llc Methods and apparatus for additively manufacturing structures using in situ formed additive manufacturing materials
CN106927832A (zh) * 2017-04-13 2017-07-07 中国工程物理研究院材料研究所 一种仿max相事故容错核燃料芯块的制备方法
CN107221359A (zh) * 2017-07-03 2017-09-29 中国工程物理研究院材料研究所 一种氧化铍改进型二氧化铀核燃料的制备方法
CN107342110A (zh) * 2017-07-27 2017-11-10 中国原子能科学研究院 一种uo2‑石墨烯复合燃料的制备工艺
CN108305693A (zh) * 2017-12-21 2018-07-20 中核北方核燃料元件有限公司 一种氮化铀芯块制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
科德芬克: "《铀化学》", 30 September 1977 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
CN113012833A (zh) * 2019-12-20 2021-06-22 中核北方核燃料元件有限公司 一种氮化铀复合二氧化铀燃料芯块的制备方法
CN112735618A (zh) * 2020-12-30 2021-04-30 中核北方核燃料元件有限公司 一种SiC基UCO核芯燃料芯块制备方法
CN112735618B (zh) * 2020-12-30 2022-06-28 中核北方核燃料元件有限公司 一种SiC基UCO核芯燃料芯块制备方法
CN115740463A (zh) * 2022-11-07 2023-03-07 中国原子能科学研究院 燃料芯块的制备方法
CN115740463B (zh) * 2022-11-07 2023-10-27 中国原子能科学研究院 燃料芯块的制备方法
CN116283298A (zh) * 2023-03-03 2023-06-23 中国原子能科学研究院 一种放射性核束装置碳化铀靶材的制备方法
CN116283298B (zh) * 2023-03-03 2024-02-20 中国原子能科学研究院 一种放射性核束装置碳化铀靶材的制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109903868A (zh) 一种uc燃料芯块的制备方法
CN110156475B (zh) 一种碳氮化铀锆粉末的微波合成方法
CN109796209B (zh) 一种(Ti, Zr, Hf, Ta, Nb)B2高熵陶瓷粉体及其制备方法
CN110204341B (zh) 一种(Hf,Ta,Nb,Ti)B2高熵陶瓷粉体及其制备方法
CN107274936B (zh) 一种氧化铍增强型二氧化铀核燃料的快速制备方法
ZA200502296B (en) Fuel pellet for a nuclear reactor and method for the production thereof
CN104651703A (zh) 一种制备氧化物弥散强化铁基合金的方法
CN107221359A (zh) 一种氧化铍改进型二氧化铀核燃料的制备方法
CN111644612A (zh) 一种等离子烧结团聚金属陶瓷热喷涂复合粉的制备方法
CN112662881A (zh) 一种微波还原热解钴酸锂电池制备工业级钴粉的方法
CN110306074B (zh) 一种cermet燃料芯块的放电等离子烧结制备方法
CN101894594A (zh) 一种亚化学计量UO2-x环形芯块的制备工艺
CN109659051B (zh) 一种U-Zr-C燃料的制备方法
CN104213010A (zh) 一种高韧性Nb掺杂W/TiC复合材料及其制备方法
CN108335769B (zh) 一种网状结构二氧化铀/钼复合核燃料芯块的制备方法及其产品
CN107299269B (zh) 一种抗高温氧化的W-Cr-Al复合材料及其制备方法
CN108417278A (zh) 一种高辐照稳定性的金属型燃料芯块的制备方法
CN111029075B (zh) 一种钕铁硼磁粉的制备方法
CN111968788A (zh) 一种高性能铁基超导前驱粉、超导带材的制备方法
CN102240812B (zh) 一种铀钼合金粉体的制备方法
CN102432295A (zh) 一种陶瓷基中子吸收球及制备方法
CN114044672B (zh) 控制棒吸收体材料及其制备方法
CN115537631A (zh) 一种纳米析出高强韧低活化FeCrVCu中熵合金及制备方法
CN111326265B (zh) 一种二氧化铀-碳化物复合燃料芯块及其制备方法
CN113909480B (zh) 一种原位纳米氧化锆粒子弥散增强钨合金的制备方法

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

Application publication date: 20190618

RJ01 Rejection of invention patent application after publication