石墨基弥散包覆颗粒燃料芯块无燃料区制备方法与流程

本发明涉及燃料芯块制备，特别是涉及一种石墨基弥散包覆颗粒燃料芯块无燃料区制备方法。

背景技术：

1、中空六棱柱石墨基弥散包覆颗粒燃料芯块是将triso燃料颗粒弥散于石墨基体形成的颗粒增强复合材料，具有良好的结构稳定性、裂变产物包容能力和辐照稳定性，是高温气冷堆中具有发展前景的燃料形式之一。为保护中空六棱柱石墨基弥散包覆颗粒燃料芯块中的triso颗粒，需在中空六棱柱石墨基弥散包覆颗粒燃料芯块表层制备出一层无燃料区。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种石墨基弥散包覆颗粒燃料芯块无燃料区制备方法，该方法在中空六菱柱石墨基弥散包覆颗粒燃料芯块表层制备得到不同厚度的无燃料区。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种石墨基弥散包覆颗粒燃料芯块无燃料区制备方法，包括：在石墨基弥散包覆颗粒燃料芯块表面制备厚度在200μm以下的石墨基弥散包覆颗粒燃料芯块无燃料区和厚度在200μm以上的石墨基弥散包覆颗粒燃料芯块无燃料区；所述石墨基弥散包覆颗粒燃料芯块为中空六菱柱石墨基弥散包覆颗粒燃料芯块。

4、进一步地，在石墨基弥散包覆颗粒燃料芯块表面制备厚度在200μm以下的石墨基弥散包覆颗粒燃料芯块无燃料区，包括如下步骤：

5、步骤1，稀释石墨浆体，得到稀释后的石墨浆体；

6、步骤2，将石墨基弥散包覆颗粒燃料芯块竖直置于漏斗中；

7、步骤3，将石墨基弥散包覆颗粒燃料芯块连同漏斗完全浸没于稀释后的石墨浆体中后立即取出；

8、步骤4，将取出后的石墨基弥散包覆颗粒燃料芯块置于漏斗中晾干，晾干过程中保持石墨基弥散包覆颗粒燃料芯块在漏斗中处于竖直状态，确保石墨基弥散包覆颗粒燃料芯块表面多余的石墨浆体从漏斗下方流出；

9、步骤5，待石墨基弥散包覆颗粒燃料芯块晾干后重复步骤3和步骤4十到十五次；

10、步骤6，采用先炭化再高温纯化的方式进行石墨基弥散包覆颗粒燃料芯块烧结，完成石墨基弥散包覆颗粒燃料芯块无燃料区的制备。

11、进一步地，步骤1中，所述石墨浆体由石墨粉和异丙醇按照质量比3:7组成的混合物；所述石墨浆体和无水乙醇按照体积比1:1-1:2进行混合，得到稀释后的石墨浆体。

12、进一步地，在石墨基弥散包覆颗粒燃料芯块表面制备厚度在200μm以上的中空六菱柱石墨基弥散包覆颗粒燃料芯块无燃料区，包括如下步骤：

13、步骤1，采用圆环形石墨工装和铌丝将石墨基弥散包覆颗粒燃料芯块固定；

14、步骤2，将圆环形石墨工装通过铌丝悬挂固定在包覆炉管口的钨棒上，确保圆环形石墨工装位于包覆炉中央；

15、步骤3，在石墨基弥散包覆颗粒燃料芯块表面进行疏松碳层的沉积，包覆温度1200～1400℃，包覆炉内为乙炔气体，包覆时间180s，炉压1.5kpa；

16、步骤4，在石墨基弥散包覆颗粒燃料芯块表面进行致密碳层的沉积，包覆温度1300～1350℃，包覆炉内为甲烷气体，包覆时间600s，炉压2.5kpa；

17、步骤5，石墨基弥散包覆颗粒燃料芯块降温至常温后，从包覆炉取出石墨基弥散包覆颗粒燃料芯块；

18、步骤6，去除石墨基弥散包覆颗粒燃料芯块表面多余的碳层，完成石墨基弥散包覆颗粒燃料芯块无燃料区的制备。

19、进一步地，圆环形石墨工装中心设有中心孔，圆环形石墨工装中心孔周向均匀设有用于固定铌丝的凹槽；石墨基弥散包覆颗粒燃料芯块被上下两端的圆环形石墨工装夹住，圆环形石墨工装中心孔与石墨基弥散包覆颗粒燃料芯块中心孔对齐，通过旋紧铌丝将石墨基弥散包覆颗粒燃料芯块固定在上下两端的圆环形石墨工装内部，石墨基弥散包覆颗粒燃料芯块外壁与铌丝留有3mm以上的空隙。

20、本发明的有益技术效果：

21、本发明的石墨基弥散包覆颗粒燃料芯块无燃料区制备方法，实现中空六棱柱石墨基弥散包覆颗粒燃料芯块无燃料区的制备。

技术特征：

1.一种石墨基弥散包覆颗粒燃料芯块无燃料区制备方法，其特征在于，在石墨基弥散包覆颗粒燃料芯块表面制备厚度在200μm以下的石墨基弥散包覆颗粒燃料芯块无燃料区和厚度在200μm以上的石墨基弥散包覆颗粒燃料芯块无燃料区，所述石墨基弥散包覆颗粒燃料芯块为中空六菱柱石墨基弥散包覆颗粒燃料芯块。

2.根据权利要求1所述的石墨基弥散包覆颗粒燃料芯块无燃料区制备方法，其特征在于，在石墨基弥散包覆颗粒燃料芯块表面制备厚度在200μm以下的石墨基弥散包覆颗粒燃料芯块无燃料区，包括如下步骤：

3.根据权利要求2所述的石墨基弥散包覆颗粒燃料芯块无燃料区制备方法，其特征在于，步骤1中，所述石墨浆体由石墨粉和异丙醇按照质量比3:7组成的混合物。

4.根据权利要求2所述的石墨基弥散包覆颗粒燃料芯块无燃料区制备方法，其特征在于，步骤1中，所述石墨浆体和无水乙醇按照体积比1:1-1:2进行混合，得到稀释后的石墨浆体。

5.根据权利要求1所述的石墨基弥散包覆颗粒燃料芯块无燃料区制备方法，其特征在于，制备厚度在200μm以上的石墨基弥散包覆颗粒燃料芯块无燃料区，包括如下步骤：

6.根据权利要求5所述的石墨基弥散包覆颗粒燃料芯块无燃料区制备方法，其特征在于，所述圆环形石墨工装中心设有中心孔，所述圆环形石墨工装中心孔周向均匀设有用于固定铌丝的凹槽；所述石墨基弥散包覆颗粒燃料芯块被上下两端的圆环形石墨工装夹住；所述圆环形石墨工装中心孔与石墨基弥散包覆颗粒燃料芯块中心孔对齐，通过旋紧铌丝将石墨基弥散包覆颗粒燃料芯块固定在上下两端的圆环形石墨工装内部。

7.根据权利要求5所述的石墨基弥散包覆颗粒燃料芯块无燃料区制备方法，其特征在于，所述石墨基弥散包覆颗粒燃料芯块外壁与铌丝留有3mm以上的空隙。

技术总结本发明具体涉及一种石墨基弥散包覆颗粒燃料芯块无燃料区制备方法，在石墨基弥散包覆颗粒燃料芯块表面制备厚度在200μm以下的石墨基弥散包覆颗粒燃料芯块无燃料区和厚度在200μm以上的石墨基弥散包覆颗粒燃料芯块无燃料区，所述石墨基弥散包覆颗粒燃料芯块为中空六菱柱石墨基弥散包覆颗粒燃料芯块。发明的制备方法在中空六菱柱石墨基弥散包覆颗粒燃料芯块表层制备得到不同厚度的无燃料区。技术研发人员：刘颜硕,李宗书,张云,张渼晨,王纪钧,孙婷玉,牟雪婷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