一种包覆颗粒弥散燃料芯块无燃料区制备方法与流程

本发明涉及核燃料芯块制备，特别是涉及一种包覆颗粒弥散燃料芯块无燃料区制备方法。

背景技术：

1、美国橡树岭国家实验室在2012年首先提出包覆颗粒弥散燃料芯块的概念，其是一种将三维结构同性triso颗粒嵌入sic基体的燃料芯块。为了避免triso颗粒裸露在芯体表面，目前主要通过浸渍裂解法和化学气相沉积法在碳化硅基体表面上进行无燃料区碳化硅层的制备。其中浸渍裂解法制备出的无燃料区厚度不均匀，而化学气相沉积法制备出的无燃料区相对均匀，但单次沉积后的无燃料区偏薄，虽然多次沉积虽然可以弥补厚度上的问题，但沉积周期偏长，不利于工程化应用。

技术实现思路

1、基于此，本发明针对现有的浸渍裂解法和化学气相沉积法制备包覆颗粒弥散燃料芯块无燃料区需要对碳化硅基体进行二次加工的问题，本发明提供一种包覆颗粒弥散燃料芯块无燃料区制备方法，该方法从包覆颗粒弥散燃料芯块成型阶段制备无燃料区，通过烧结后就可得到成品芯块，减少二次加工量。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种包覆颗粒弥散燃料芯块无燃料区制备方法，包括如下步骤：

4、步骤1、包覆颗粒弥散燃料芯块下端部无燃料区成型；

5、步骤2、包覆颗粒弥散燃料芯块中间部无燃料区成型；

6、步骤3：包覆颗粒弥散燃料芯块上端部无燃料区成型；

7、包覆颗粒弥散燃料芯块下端部、包覆颗粒弥散燃料芯块中间部和包覆颗粒弥散燃料芯块上端部共同组成包覆颗粒弥散燃料芯块。

8、进一步地，步骤1，具体包括如下步骤：

9、步骤1.1、取碳化硅与助烧剂均匀混合的粉末放入粉末储存盒；

10、步骤1.2、称取1-2g碳化硅粉末，倒入包覆颗粒弥散燃料芯块下端部成型钢模中差压成型，制得包覆颗粒弥散燃料芯块下端部高度为1-3mm的无燃料区。

11、进一步地，步骤1.2中，差压成型的压力为8kn-16kn，升压速率为0.2-0.5kn/s，保压时间为5-10s。

12、进一步地，步骤2，具体包括如下步骤：

13、步骤2.1，称取1-2g碳化硅粉末，倒入triso颗粒精准排布基体层成型钢模中差压成型，制得triso颗粒精准排布基体层；

14、步骤2.2，通过吸力将trsio颗粒吸入triso颗粒精准排布模具，且吸入的trsio颗粒的直径小于trsio颗粒精准排布基体层；

15、步骤2.3，将trsio颗粒精准排布模具至于triso颗粒精准排布基体层正上方5-20mm，取消trsio颗粒与颗粒精准排布模具之间的吸力，使triso颗粒落入triso颗粒精准排布基体层，实现triso颗粒精准排布基体层的triso颗粒精准排布，且同时制得triso颗粒精准排布基体层厚度为1-3mm的柱面无燃料区；

16、步骤2.4，重复步骤2.1-2.3，制得若干层triso颗粒精准排布基体层及若干层triso颗粒精准排布基体层的triso颗粒精准排布；

17、若干层颗粒精准排布基体层共同组成包覆颗粒弥散燃料芯块中间部。

18、进一步地，步骤2.1中，差压成型的压力为2kn-10kn，升压速率为0.2-0.5kn/s，保压时间为5-10s。

19、进一步地，步骤4，具体包括如下步骤：

20、步骤4.1、取碳化硅与助烧剂均匀混合的粉末放入粉末储存盒；

21、步骤4.2、称取1-2g碳化硅粉末，倒入包覆颗粒弥散燃料芯块上端部成型钢模中差压成型，制得包覆颗粒弥散燃料芯块上端部高度为1-3mm的无燃料区。

22、进一步地，步骤4.2中，差压成型的压力为8kn-16kn，升压速率为0.2-0.5kn/s，保压时间为5-10s。

23、本发明的有益技术效果：

24、本发明的包覆颗粒弥散燃料芯块无燃料区制备方法，从包覆颗粒弥散燃料芯块成型阶段制备无燃料区，通过烧结后就可得到成品芯块，减少二次加工量；通过颗粒精准排布模具与颗粒精准排布基体层的配合，制备得到了具有无燃料区的精准排布包覆颗粒弥散燃料芯块，无燃料区厚度均匀且可通过调整颗粒精准排布模具与颗粒精准排布基体层调整无燃料区的厚度，精准排布区域triso颗粒排布均匀，不互相接触，且无燃料区尺寸均匀，端面尺寸可以控制在1mm-3mm，柱面尺寸可以控制在1mm-3mm，实现了triso颗粒在水平面及垂直面上的精准排布，避免了燃料颗粒直接与堆内构件接触。

技术特征：

1.一种包覆颗粒弥散燃料芯块无燃料区制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的包覆颗粒弥散燃料芯块无燃料区制备方法，其特征在于，步骤1，具体包括如下步骤：

3.根据权利要求2所述的包覆颗粒弥散燃料芯块无燃料区制备方法，其特征在于，步骤1.2中，差压成型的压力为8kn-16kn，升压速率为0.2-0.5kn/s，保压时间为5-10s。

4.根据权利要求1所述的包覆颗粒弥散燃料芯块无燃料区制备方法，其特征在于，步骤2，具体包括如下步骤：

5.根据权利要求4所述的包覆颗粒弥散燃料芯块无燃料区制备方法，其特征在于，步骤2.1中，差压成型的压力为2kn-10kn，升压速率为0.2-0.5kn/s，保压时间为5-10s。

6.根据权利要求1所述的包覆颗粒弥散燃料芯块无燃料区制备方法，其特征在于，步骤4，具体包括如下步骤：

7.根据权利要求6所述的包覆颗粒弥散燃料芯块无燃料区制备方法，其特征在于，步骤4.2中，差压成型的压力为8kn-16kn，升压速率为0.2-0.5kn/s，保压时间为5-10s。

技术总结本发明具体涉及一种包覆颗粒弥散燃料芯块无燃料区制备方法，包括如下步骤：步骤1、包覆颗粒弥散燃料芯块下端部无燃料区成型；步骤2、包覆颗粒弥散燃料芯块中间部无燃料区成型；步骤3：包覆颗粒弥散燃料芯块上端部无燃料区成型；包覆颗粒弥散燃料芯块下端部、包覆颗粒弥散燃料芯块中间部和包覆颗粒弥散燃料芯块上端部共同组成包覆颗粒弥散燃料芯块。本发明的包覆颗粒弥散燃料芯块无燃料区制备方法，从包覆颗粒弥散燃料芯块成型阶段制备无燃料区，通过烧结后就可得到成品芯块，减少二次加工量。技术研发人员：邵宗义,李昱,刘文涛,孟莹,陈晨,李宗书,隋政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：2024/6/11