一种二氧化钍核燃料箔片及其制备方法与流程

本发明涉及核燃料，尤其涉及一种二氧化钍核燃料箔片及其制备方法。

背景技术：

1、二氧化铀是目前应用最广泛的核燃料，然而铀资源储量并不丰富，需要寻求替代铀资源的核燃料。而且，随着技术的进步，二氧化铀核燃料的性能已经成为限制核反应堆性能的主要因素之一，因此，开发高性能的二氧化铀核燃料及其替代品成为目前的研究热点。

2、钍作为潜在的核燃料，其在地壳中的丰度高于铀，资源更为广泛，可以减少对于铀资源的依赖。而且，th-232可以通过核裂变反应转变为热能，可以用于产生核能或作为核燃料，钍的核裂变潜力较大，相比于铀，具有更高的燃料效率和较少的放射性废物产生。因此，如何制备一种高性能的二氧化钍核燃料以替代铀资源是目前亟需解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种二氧化钍核燃料箔片及其制备方法，解决现有二氧化铀核燃料存在的上述问题。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种二氧化钍核燃料箔片的制备方法，包括以下步骤：

4、(1)将二氧化钍粉末与分散剂、粘结剂混合进行球磨，得到混合浆料；

5、(2)将混合浆料干燥后破碎，再进行冷压成型，得到二氧化钍箔片坯体；

6、(3)将二氧化钍箔片坯体依次进行预烧结、烧结，得到烧结箔片；

7、(4)将烧结箔片进行热等静压，得到二氧化钍核燃料箔片。

8、优选的，在上述一种二氧化钍核燃料箔片的制备方法中，步骤(1)所述二氧化钍粉末的粒径为10～20μm。

9、优选的，在上述一种二氧化钍核燃料箔片的制备方法中，步骤(1)所述球磨的转速为200～400rpm；所述球磨的时间为1～5h。

10、优选的，在上述一种二氧化钍核燃料箔片的制备方法中，步骤(1)所述分散剂为乙醇和/或聚丙烯酸铵；所述粘结剂为聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛、酚醛树脂中的一种或几种。

11、优选的，在上述一种二氧化钍核燃料箔片的制备方法中，步骤(2)所述冷压成型的压力为100～150mpa；所述冷压成型的时间为10～30s。

12、优选的，在上述一种二氧化钍核燃料箔片的制备方法中，步骤(3)所述预烧结的温度为550～650℃；所述预烧结的时间为1～2h；所述烧结的过程为先于1300～1400℃保温0.5～1.5h，再升温至1600～1650℃保温1～2h。

13、优选的，在上述一种二氧化钍核燃料箔片的制备方法中，步骤(4)所述热等静压的压力为50～70mpa；所述热等静压的温度为800～900℃；所述热等静压的时间为1～10min。

14、优选的，在上述一种二氧化钍核燃料箔片的制备方法中，步骤(4)所述二氧化钍核燃料箔片的厚度为1～2mm；所述二氧化钍核燃料箔片的直径为15～30mm。

15、本发明还提供了一种二氧化钍核燃料箔片的制备方法制得的一种二氧化钍核燃料箔片。

16、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

17、本发明使用二氧化钍粉末作为成型原料，添加分散剂和粘结剂混合进行球磨，使二氧化钍粉末颗粒之间减少聚集，在后续冷压成型中可以改善成型坯体的强度以及密度，使坯体在形成箔片时表面完整，再进行后续预烧结和烧结，脱除分散剂和粘结剂，最后进行热等静压，减少分散剂和粘结剂脱除后残留的孔洞，提高箔片的致密度，使最终制得的箔片形状完整、尺寸符合反应堆核燃料的要求。

技术特征：

1.一种二氧化钍核燃料箔片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种二氧化钍核燃料箔片的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述二氧化钍粉末的粒径为10～20μm。

3.根据权利要求2所述的一种二氧化钍核燃料箔片的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述球磨的转速为200～400rpm；所述球磨的时间为1～5h。

4.根据权利要求3所述的一种二氧化钍核燃料箔片的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述分散剂为乙醇和/或聚丙烯酸铵；所述粘结剂为聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛、酚醛树脂中的一种或几种。

5.根据权利要求2所述的一种二氧化钍核燃料箔片的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述冷压成型的压力为100～150mpa；所述冷压成型的时间为10～30s。

6.根据权利要求5所述的一种二氧化钍核燃料箔片的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述预烧结的温度为550～650℃；所述预烧结的时间为1～2h；所述烧结的过程为先于1300～1400℃保温0.5～1.5h，再升温至1600～1650℃保温1～2h。

7.根据权利要求6所述的一种二氧化钍核燃料箔片的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述热等静压的压力为50～70mpa；所述热等静压的温度为800～900℃；所述热等静压的时间为1～10min。

8.根据权利要求1或7所述的一种二氧化钍核燃料箔片的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述二氧化钍核燃料箔片的厚度为1～2mm；所述二氧化钍核燃料箔片的直径为15～30mm。

9.权利要求1～8任一项所述的一种二氧化钍核燃料箔片的制备方法制得的一种二氧化钍核燃料箔片。

技术总结本发明属于核燃料技术领域，公开了一种二氧化钍核燃料箔片及其制备方法。本发明将二氧化钍粉末与分散剂、粘结剂混合进行球磨然后干燥后破碎，再进行冷压成型，得到坯体；对坯体依次进行预烧结、烧结、热等静压，得到二氧化钍核燃料箔片。以二氧化钍粉末作为成型原料，添加分散剂和粘结剂混合进行球磨，使二氧化钍粉末颗粒之间减少聚集，在后续冷压成型中可以改善成型坯体的强度以及密度，使坯体在形成箔片时表面完整，再进行后续预烧结和烧结，脱除分散剂和粘结剂，最后进行热等静压，减少分散剂和粘结剂脱除后残留的孔洞，提高箔片的致密度，使最终制得的箔片形状完整、尺寸符合反应堆核燃料的要求。技术研发人员：刘文涛,杨光宇,何亚斌,卢永恒,杜江平,刘业光,翟晶晶受保护的技术使用者：中核北方核燃料元件有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/9