RU2787077C1 - Method for obtaining uranium graphite fuel rod - Google Patents
Method for obtaining uranium graphite fuel rod Download PDFInfo
- Publication number
- RU2787077C1 RU2787077C1 RU2022120622A RU2022120622A RU2787077C1 RU 2787077 C1 RU2787077 C1 RU 2787077C1 RU 2022120622 A RU2022120622 A RU 2022120622A RU 2022120622 A RU2022120622 A RU 2022120622A RU 2787077 C1 RU2787077 C1 RU 2787077C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- graphite
- temperature
- heat treatment
- blanks
- fuel
- Prior art date
Links
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 49
- 239000010439 graphite Substances 0.000 title claims abstract description 49
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 34
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 31
- 229910052770 Uranium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 7
- JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N uranium(0) Chemical compound [U] JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 7
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 22
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 20
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 10
- KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 2-methoxy-6-methylphenol Chemical compound [CH]OC1=CC=CC([CH])=C1O KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 229920001568 phenolic resin Polymers 0.000 claims abstract description 8
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 5
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims abstract description 3
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 11
- 229910021383 artificial graphite Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910021382 natural graphite Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000010000 carbonizing Methods 0.000 claims 1
- 238000010411 cooking Methods 0.000 claims 1
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 abstract description 10
- 238000005336 cracking Methods 0.000 abstract description 6
- 239000003758 nuclear fuel Substances 0.000 abstract description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 14
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 5
- 102200052313 POLD1 G21C Human genes 0.000 description 5
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 5
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 5
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 4
- FCTBKIHDJGHPPO-UHFFFAOYSA-N dioxouranium Chemical compound O=[U]=O FCTBKIHDJGHPPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 4
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N Silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 3
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000011294 coal tar pitch Substances 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000004059 degradation Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000007770 graphite material Substances 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atoms Chemical class [H]* 0.000 description 1
- 238000011031 large scale production Methods 0.000 description 1
- 239000004005 microsphere Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N phenol Chemical compound OC1=CC=CC=C1 ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001681 protective Effects 0.000 description 1
- 239000002296 pyrolytic carbon Substances 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к области получения углеграфитовых материалов и может быть использовано в технологии ядерного топлива, например, при получении уранграфитовых тепловыделяющих элементов (твэлов).The invention relates to the production of carbon-graphite materials and can be used in nuclear fuel technology, for example, in the production of uranium-graphite fuel elements (fuel rods).
В настоящее время уранграфитовые твэлы нашли применение в высокотемпературных газоохлаждаемых реакторах (далее - ВТГР), в которых твэлы выполнены в виде углеграфитовой матрицы, содержащей микротвэлы (далее - МТ). МТ представляет собой керн ядерного топлива диаметром 0,2-0,5 мм, покрытый оболочками из пироуглерода и карбида кремния. После предварительного смешивания МТ, графитового порошка и связующего (каменноугольный пек, фенолформальдегидная смола и др.), заготовки твэлов прессуют и далее подвергают термообработке, в процессе которой происходит полимеризация связующего и его карбонизация (пиролиз связующего с выделением твердого коксового остатка и газообразных продуктов разложения, таких как: фенол, оксид углерода, водород и др.).At present, uranium-graphite fuel elements have found application in high-temperature gas-cooled reactors (hereinafter - HTGR), in which the fuel elements are made in the form of a carbon-graphite matrix containing microfuel elements (hereinafter - MT). MT is a core of nuclear fuel with a diameter of 0.2-0.5 mm, covered with shells of pyrolytic carbon and silicon carbide. After preliminary mixing of MT, graphite powder and binder (coal tar pitch, phenol-formaldehyde resin, etc.), fuel rod blanks are pressed and then subjected to heat treatment, during which the binder is polymerized and carbonized (pyrolysis of the binder with the release of solid coke residue and gaseous decomposition products, such as: phenol, carbon monoxide, hydrogen, etc.).
В процессе получения углеграфитовых изделий на стадии карбонизации происходит формоизменение заготовок с уменьшением их размеров. При этом графитовая матрица испытывает локальные сжатия и растяжения, приводящие к искривлению твэлов и образованию трещин на их поверхности. Искривление заготовок можно компенсировать путем нанесения на полученную заготовку дополнительного слоя из зерен кокса с последующей термообработкой до 2000°С (DE 3435863, МПК G21C 3/22, G 21С 21/04). Однако этот способ не исключает возможности образования трещин.In the process of obtaining carbon-graphite products at the carbonization stage, blanks are shaped with a decrease in their size. In this case, the graphite matrix experiences local compression and tension, leading to fuel rod bending and the formation of cracks on their surface. The curvature of the blanks can be compensated by applying an additional layer of coke grains to the resulting blank, followed by heat treatment up to 2000°C (DE 3435863, IPC G21C 3/22, G 21C 21/04). However, this method does not exclude the possibility of crack formation.
Известен способ получения углеграфитовых изделий путем проведения всех процессов термообработки (полимеризации связующего, карбонизации, высокотемпературной обработки) в пресс-формах под давлением (DE 19837969, МПК G21C 21/00). Недостаток этого способа заключается в сложности аппаратурного оформления процесса, обусловленной коррозией пресс-форм при высокотемпературной обработке. Кроме того, этот способ неприемлем при крупномасштабном изготовлении изделий (сотни, тысячи шт.), так как требует такого же большого количества пресс-форм.A known method for producing carbon-graphite products by carrying out all heat treatment processes (polymerization of the binder, carbonization, high-temperature processing) in molds under pressure (DE 19837969, IPC G21C 21/00). The disadvantage of this method lies in the complexity of the instrumentation of the process, due to the corrosion of molds during high-temperature processing. In addition, this method is unacceptable for large-scale production of products (hundreds, thousands of pieces), since it requires the same large number of molds.
Известен способ получения углеграфитового цилиндрического твэла путем прессования смеси графитового порошка со связующим и сферических МТ с предварительно нанесенным на них покрытием из графитового порошка (RU 2314581, МПК G21C 21/02, G21C 3/326). По этому способу перед приготовлением шихты на МТ предварительно накатывают графитовый порошок, смешивают оставшийся графит, МТ и связующее, прессуют и термообрабатывают заготовки твэлов, причем на МТ накатывают 0,3-0,4 долей графита, а 0,03-0,06 долей графита используют как торцевые прокладки. Полученные таким образом твэлы в основном не имеют выходов МТ на поверхность твэла. При реализации этого способа были получены углеграфитовые цилиндрические твэлы, содержащие МТ с диаметром, не превышающим 600 мкм. Недостатком этого способа является то, что при использовании МТ диаметром более 600 мкм (~ 900 мкм) у топливных компактов, прошедших термообработку при 600-800°С, наблюдались трещины на поверхности. Известно, что с учетом высоких требований, предъявляемых к МТ для ВТГР, топливные микросферы на основе диоксида урана должны иметь номинальный диаметр 500+/-50 мкм. С другой стороны, с учетом четырехслойного защитного пироуглеродного и карбидокремниевого покрытия диаметр микротвэл для ВТГР составляет ~ 900-1000 мкм (Атомная Энергия. Том 87, вып. 6 - 1999, стр. 452-453).A known method for producing carbon graphite cylindrical fuel rod by pressing a mixture of graphite powder with a binder and spherical MT coated with graphite powder (RU 2314581, IPC G21C 21/02, G21C 3/326). According to this method, before preparing the charge, graphite powder is first rolled onto the MT, the remaining graphite, MT and binder are mixed, fuel rod blanks are pressed and heat treated, and 0.3-0.4 shares of graphite are rolled onto the MT, and 0.03-0.06 graphite is used as end gaskets. The fuel rods obtained in this way basically do not have MT outlets on the fuel rod surface. When implementing this method, carbon-graphite cylindrical fuel elements were obtained containing MT with a diameter not exceeding 600 μm. The disadvantage of this method is that when using MT with a diameter of more than 600 microns (~ 900 microns), fuel compacts that have undergone heat treatment at 600-800°C have cracks on the surface. It is known that, taking into account the high requirements for MT for HTGR, fuel microspheres based on uranium dioxide should have a nominal diameter of 500+/-50 μm. On the other hand, taking into account the four-layer protective pyrocarbon and silicon carbide coating, the microfuel diameter for HTGR is ~ 900-1000 μm (Atomic Energy. Volume 87, issue 6 - 1999, pp. 452-453).
Решение проблемы трещинообразования было предложено в способе получения углеграфитовых изделий, который заключается в том, что готовят смесь из графитового порошка, связующего и МТ. Полученную смесь подвергают предварительному прессованию, затем осуществляют термообработку, в процессе которой периодически снижают температуру изделий в областях фазовых переходов на 10-15°С, а температурный интервал между понижениями температуры выбирают в пределах 20-30°С (RU 2230380, МПК G21C 21/02). Недостатком этого способа является то, что он позволяет получать углеграфитовые цилиндрические твэлы, содержащие не более 9% об. МТ. Увеличение количества МТ в изделиях приводит к повышению локальных напряжений в углеграфитовой матрице при термообработке и делает проблематичным получение изделий без трещин. Кроме того, для определения режима термообработки заготовок требуется применение данных термогравиметрических исследований пиролиза каждой партии связующего, что усложняет процесс получения изделий.The solution to the problem of cracking was proposed in a method for producing carbon-graphite products, which consists in preparing a mixture of graphite powder, a binder and MT. The resulting mixture is subjected to pre-compression, then heat treatment is carried out, during which the temperature of the products in the areas of phase transitions is periodically reduced by 10-15°C, and the temperature interval between temperature drops is chosen within 20-30°C (RU 2230380, IPC G21C 21/ 02). The disadvantage of this method is that it allows you to get cylindrical carbon-graphite fuel rods containing no more than 9% vol. MT. An increase in the amount of MT in products leads to an increase in local stresses in the carbon-graphite matrix during heat treatment and makes it problematic to obtain products without cracks. In addition, to determine the mode of heat treatment of blanks, the use of data from thermogravimetric studies of the pyrolysis of each batch of binder is required, which complicates the process of obtaining products.
Наиболее близким к заявляемому способу получения уранграфитового твэла по технической сущности и решаемой задаче - прототипом является способ получения углеграфитовых изделий (RU 2259258, МПК B22F 3/12, С04В 35/83). По этому способу углеграфитовые стержни со сферическими МТ получали прессованием заготовки из смеси графита с фенолформальдегидной смолой и МТ, проводили полимеризацию при температуре 70-130°С, в процессе полимеризации давление прессования снижали до нуля, а после окончания процесса полимеризации температуру заготовок поднимали до значения на 40-50°С ниже температуры начала карбонизации, при этом извлечение заготовок из пресс-формы проводили перед операцией карбонизации. Этот способ хорошо себя зарекомендовал при объемном содержании МТ в изделии не более 12% об. Однако, при увеличении объемного содержании МТ и длины изделия, в получаемых топливных компактах наблюдается трещинообразование и искривление.Closest to the claimed method of obtaining uranium graphite fuel rod in terms of technical essence and the problem to be solved - the prototype is a method for producing carbon-graphite products (RU 2259258, IPC B22F 3/12, SW 35/83). According to this method, carbon-graphite rods with spherical MT were obtained by pressing a billet from a mixture of graphite with phenol-formaldehyde resin and MT, polymerization was carried out at a temperature of 70-130°C, during the polymerization, the pressing pressure was reduced to zero, and after the end of the polymerization process, the temperature of the billets was raised to a value of 40-50°C below the carbonization start temperature, while the blanks were removed from the mold before the carbonization operation. This method has proven itself well when the volume content of MT in the product is not more than 12% vol. However, with an increase in the volume content of MT and the length of the product, cracking and curvature are observed in the resulting fuel compacts.
Задача и достигаемый при использовании изобретения технический результат - снижение брака за счет предотвращения трещинообразования и искривлений при изготовлении цилиндрического уранграфитового твэла для ВТГР с увеличенной объемной долей МТ (более 20% об.).The objective and the technical result achieved by using the invention is to reduce scrap by preventing cracking and distortion in the manufacture of a cylindrical uranium graphite fuel rod for HTGR with an increased volume fraction of MT (more than 20% by volume).
Согласно изобретению, задача решается тем, что в способе, включающем получение шихты путем смешивания порошка графита, МТ и фенолформальдегидной смолы, формование заготовок путем прессования, температурную обработку в пресс-форме, извлечение заготовки из пресс-формы, карбонизацию смолы и высокотемпературную термообработку, перед приготовлением шихты МТ предварительно покрывают слоем порошка графита толщиной не менее 0,25 диаметра МТ, температурную обработку в пресс-форме осуществляют под давлением 10-15 МПа, которое снимают по достижении температуры 250-300°С перед извлечением заготовок из пресс-форм.According to the invention, the problem is solved by the fact that in a method including obtaining a charge by mixing powder of graphite, MT and phenol-formaldehyde resin, molding blanks by pressing, heat treatment in a mold, removing the blank from the mold, carbonization of the resin and high-temperature heat treatment, before by preparing the charge, the MT is preliminarily covered with a layer of graphite powder with a thickness of at least 0.25 of the MT diameter, the heat treatment in the mold is carried out at a pressure of 10-15 MPa, which is removed when the temperature reaches 250-300°C before removing the blanks from the molds.
В частных случаях осуществления изобретения:In particular cases of the invention:
- в качестве графитового порошка для приготовления шихты, а также для получения покрытия на МТ может быть использована смесь порошков природного и синтетического графита в соотношении 1:(2-4), поскольку введение природного графита улучшает прессуемость заготовок и увеличивает теплопроводность в готовом изделии;- a mixture of natural and synthetic graphite powders in a ratio of 1:(2-4) can be used as a graphite powder for preparing the charge, as well as for obtaining a coating on the MT, since the introduction of natural graphite improves the compressibility of the workpieces and increases the thermal conductivity in the finished product;
- перед прессованием заготовки пресс-форму с шихтой прогревают до температуры 70-100°С для размягчения связующего и снижения усилия прессования.- before pressing the workpiece, the mold with the mixture is heated to a temperature of 70-100°C to soften the binder and reduce the pressing force.
Полимеризацию связующего (фенолформальдегидной смолы) осуществляют в пресс-форме под давлением в диапазоне 10-15 МПа при нагревании до температуры 250-300°С. Давление снимают по достижении температуры 250-300°С перед извлечением заготовок из пресс-форм. В отличие от прототипа, где полимеризацию связующего в заготовках заканчивают при 130-150°С, увеличение температуры полимеризации в заявляемом способе и проведение ее под давлением 10-15 МПа способствует релаксации напряжений в заготовках и позволяет существенно снизить трещинообразование в них при осуществлении процесса карбонизации.Polymerization of the binder (phenol-formaldehyde resin) is carried out in a mold under pressure in the range of 10-15 MPa when heated to a temperature of 250-300°C. The pressure is released upon reaching a temperature of 250-300°C before removing the blanks from the molds. Unlike the prototype, where the polymerization of the binder in the blanks is completed at 130-150°C, increasing the polymerization temperature in the proposed method and conducting it at a pressure of 10-15 MPa promotes stress relaxation in the blanks and can significantly reduce cracking in them during the carbonization process.
Кроме того, покрытие МТ слоем графита обеспечивает равномерное распределение МТ в пресс-форме и получаемой заготовке, что обуславливает одинаковую усадку углеграфитовой матрицы и, тем самым, минимизирует возникновение напряжений в ней и способствует уменьшению трещинообразования и искривления заготовок при карбонизации. Нанесение слоя графитового порошка на МТ толщиной не менее 0,25 их диаметра позволяет исключить контакты МТ между собой в процессе прессования заготовок, что позволяет получать углеграфитовые твэлы с МТ 30-35% мас.(25-30% об.) без дефектов поверхности.In addition, the coating of MT with a layer of graphite provides a uniform distribution of MT in the mold and the resulting workpiece, which causes the same shrinkage of the carbon-graphite matrix and, thereby, minimizes the occurrence of stresses in it and helps to reduce cracking and distortion of workpieces during carbonization. The application of a layer of graphite powder on MT with a thickness of at least 0.25 of their diameter makes it possible to exclude MT contacts with each other during the pressing of blanks, which makes it possible to obtain carbon-graphite fuel elements with MT of 30–35% wt. (25–30% vol.) without surface defects.
После извлечения заготовки из пресс-формы проводят ее термообработку (осуществляют карбонизацию) в инертной среде (аргон) при нагревании до 800°С. Высокотемпературную обработку проводят в вакууме нагреванием до температуры 1800°С.After removing the blank from the mold, it is heat treated (carbonized) in an inert atmosphere (argon) when heated to 800°C. High-temperature processing is carried out in vacuum by heating to a temperature of 1800°C.
Осуществление изобретения.Implementation of the invention.
Шихту для формования уранграфитового цилиндрического твэла готовили путем смешивания порошка графита, фенолформальдегидной смолы и МТ, предварительно покрытых слоем графита.The charge for molding a uranium-graphite cylindrical fuel rod was prepared by mixing graphite powder, phenol-formaldehyde resin, and MT preliminarily coated with a layer of graphite.
В качестве порошка графита для приготовления шихты использовали смесь из порошков природного и искусственного графита с размерами частиц 5-100 мкм, которую брали в соотношении 1:(2-4), например, 20% мас.и 80% мас., соответственно.A mixture of natural and artificial graphite powders with a particle size of 5-100 μm was used as a graphite powder for the preparation of the mixture, which was taken in a ratio of 1: (2-4), for example, 20 wt.% and 80 wt.%, respectively.
В качестве термоотверждаемого связующего применяли фенолформальдегидную смолу марки СФП-11А (15% мас.), измельченную до 50-100 мкм и растворенную в этиловом спирте.As a thermosetting binder, phenol-formaldehyde resin of the SFP-11A brand (15% wt.), crushed to 50–100 μm and dissolved in ethanol, was used.
МТ представляли собой сферы диаметром D=800-900 мкм, содержащие топливный керн из диоксида урана диаметром 400 мкм и четыре оболочки: пироуглерод плотностью 1,0 г/см3, пироуглерод плотностью 1,8 г/см3, карбид кремния плотностью 3,2 г/см3, пироуглерод плотностью 1,8 г/см3.MT were spheres with a diameter of D=800-900 µm, containing a fuel core made of uranium dioxide with a diameter of 400 µm and four shells: pyrocarbon with a density of 1.0 g/cm 3 , pyrocarbon with a density of 1.8 g/cm 3 , silicon carbide with a density of 3, 2 g/cm 3 , pyrocarbon with a density of 1.8 g/cm 3 .
Покрытие МТ слоем порошка графита толщиной s≥0,25 D микротвэла осуществляли методом вибронакатки также смесью порошков природного (20% мас.) и искусственного графита марки МПГ-6 (80% мас.). Количество МТ в шихте для прессования заготовок выбирали из расчета 30-35% мас., что соответствует 25-30% об. в готовом твэле.The coating of MT with a layer of graphite powder with a thickness of s≥0.25 D of the microfuel was carried out by the method of vibration rolling also with a mixture of powders of natural (20% wt.) and artificial graphite brand MPG-6 (80% wt.). The amount of MT in the charge for pressing blanks was chosen from the calculation of 30-35% wt., which corresponds to 25-30% vol. in the finished fuel rod.
Заготовки цилиндрических уранграфитовых твэлов, представляющих собой топливные компакты (далее - ТК) диаметром ~12,5 мм и длиной ~51 мм, формовали методом двухстороннего теплого прессования при температуре 70-100°С и давлении 10-15 МПа.Billets of cylindrical uranium graphite fuel rods, which are fuel compacts (hereinafter - FC) with a diameter of ~12.5 mm and a length of ~51 mm, were molded by double-sided warm pressing at a temperature of 70-100°C and a pressure of 10-15 MPa.
В процессе формования температурную обработку заготовок ТК в пресс-форме проводили под давлением в диапазоне 10-15 МПа при нагревании со скоростью 3-8°С/мин до температуры начала деструкции связующего (250-300°С). По достижении температуры 250-300°С давление снимали, извлекали заготовку из пресс-формы и проводили карбонизацию ТК нагреванием в инертной атмосфере до 800°С со скоростью 50-100°С/час.During the molding process, the heat treatment of the TC blanks in the mold was carried out under pressure in the range of 10–15 MPa when heated at a rate of 3–8°C/min to the temperature of the beginning of the degradation of the binder (250–300°C). Upon reaching a temperature of 250-300°C, the pressure was removed, the workpiece was removed from the mold, and carbonization of the TC was carried out by heating in an inert atmosphere to 800°C at a rate of 50-100°C/hour.
Режимы формования заготовок ТК приведены ниже в таблице. Как подтверждают проведенные эксперименты, выход за пределы заявленных диапазонов режимов формования приводит к появлению дефектов поверхности изделий, основная масса которых в виде трещин и искривлений проявляется после карбонизации.The modes of molding blanks TC are given in the table below. As the experiments confirm, going beyond the stated ranges of molding modes leads to the appearance of surface defects of products, the bulk of which appear in the form of cracks and curvatures after carbonization.
Высокотемпературную термообработку ТК осуществляли в вакуумной печи при нагревании до 1800°С со скоростью 100-200°С /час.High-temperature heat treatment of TC was carried out in a vacuum furnace when heated to 1800°C at a rate of 100-200°C/h.
В таблице представлены характеристики опытных партий ТК (режимы формования заготовок ТК и качество поверхности термообработанных изделий).The table shows the characteristics of experimental batches of TC (formation modes of TC blanks and surface quality of heat-treated products).
Данные, представленные в таблице, свидетельствуют о том, что предварительное нанесение на МТ слоя порошка графита толщиной ≥0,25 диаметра МТ и термообработка заготовок ТК в пресс-форме под давлением 10-15 МПа до температуры начала деструкции связующего, позволяют по сравнению с прототипом снизить брак по трещинам и искривлениям уранграфитового твэла с увеличенной в нем объемной долей МТ (более 25-30% об.) с выходом годного до 98%.The data presented in the table indicate that the preliminary application of a layer of graphite powder with a thickness of ≥0.25 of the diameter of the MT on the MT and heat treatment of the TC blanks in a mold under a pressure of 10-15 MPa to the temperature of the start of the destruction of the binder, allow compared with the prototype reduce defects in cracks and distortions of uranium-graphite fuel rod with an increased volume fraction of MT in it (more than 25-30% vol.) with a good yield of up to 98%.
Claims (3)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2787077C1 true RU2787077C1 (en) | 2022-12-28 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU916091A1 (en) * | 1980-04-21 | 1982-03-30 | Tsni Geologorazvedochnyj I Tsv | Method of producing complex-shape powder articles |
| RU2259258C1 (en) * | 2004-06-03 | 2005-08-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "Луч" | Method of production of carbon-graphite articles |
| RU2314581C2 (en) * | 2005-01-14 | 2008-01-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "ЛУЧ" (ФГУП "НИИ НПО "ЛУЧ") | Cylindrical carbon-graphite fuel element and method for its production |
| RU2539352C1 (en) * | 2013-08-05 | 2015-01-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "ЛУЧ" (ФГУП "НИИ НПО "ЛУЧ") | Method of making fuel element of high-temperature reactor |
| US10032528B2 (en) * | 2013-11-07 | 2018-07-24 | Ultra Safe Nuclear Corporation | Fully ceramic micro-encapsulated (FCM) fuel for CANDUs and other reactors |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU916091A1 (en) * | 1980-04-21 | 1982-03-30 | Tsni Geologorazvedochnyj I Tsv | Method of producing complex-shape powder articles |
| RU2259258C1 (en) * | 2004-06-03 | 2005-08-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "Луч" | Method of production of carbon-graphite articles |
| RU2314581C2 (en) * | 2005-01-14 | 2008-01-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "ЛУЧ" (ФГУП "НИИ НПО "ЛУЧ") | Cylindrical carbon-graphite fuel element and method for its production |
| RU2539352C1 (en) * | 2013-08-05 | 2015-01-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "ЛУЧ" (ФГУП "НИИ НПО "ЛУЧ") | Method of making fuel element of high-temperature reactor |
| US10032528B2 (en) * | 2013-11-07 | 2018-07-24 | Ultra Safe Nuclear Corporation | Fully ceramic micro-encapsulated (FCM) fuel for CANDUs and other reactors |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6797251B1 (en) | Method of making carbon foam at low pressure | |
| CN108610049B (en) | Isotropic graphite material, method for the production thereof and use thereof | |
| CN112441835A (en) | High-strength high-density carbon material and preparation method and application thereof | |
| US4071604A (en) | Method of producing homogeneous carbon and graphite bodies | |
| CN112321300A (en) | High-thermal-conductivity low-porosity graphite for curved glass hot bending die and preparation method thereof | |
| KR101240365B1 (en) | High purity nuclear graphite | |
| CN112521172A (en) | Composite carbon material for in-situ growth of carbon fibers and preparation method and application thereof | |
| CN110655413A (en) | Preparation method of isotropic graphite material | |
| RU2787077C1 (en) | Method for obtaining uranium graphite fuel rod | |
| US3907950A (en) | Carbon articles | |
| CN108417278B (en) | Preparation method of metal type fuel pellet with high irradiation stability | |
| US3126430A (en) | Production of carbon masses | |
| CN112125671B (en) | Preparation method and application of isotropic graphite material | |
| JPH0131447B2 (en) | ||
| CN109478430A (en) | Ceramic nuclear fuel pellet autofrettage | |
| US3869302A (en) | Method for manufacture of graphite flour | |
| CN112723887B (en) | Preparation method of high-density ultrafine particle graphite for ionization chamber | |
| RU2259258C1 (en) | Method of production of carbon-graphite articles | |
| US3845178A (en) | Manufacture of fuel for nuclear reactors utilizing a polymerisable resin | |
| US4271101A (en) | Process for the production of spherical-shaped fuel elements for high temperature reactors | |
| KR100441563B1 (en) | Method for recycling uo2 powder scrap into manufacture of nuclear fuel pellet | |
| RU2314581C2 (en) | Cylindrical carbon-graphite fuel element and method for its production | |
| JPH0132162B2 (en) | ||
| CA1057919A (en) | Preparation of high temperature gas-cooled reactor fuel element | |
| CN116836001B (en) | Cr (chromium)7C3Method for modifying crystalline flake graphite by ceramic phase |