[发明专利]填充有聚烯烃和锕系元素粉末的组合物

说明书

技术领域

本发明的领域为基于锕系元素粉末的组合物的领域，由于所述组合物允许与注射系统可相容的流变学，因此具有可注射的优点。本申请的主要领域之一可(不排他地)涉及核燃料(或更通常地锕系元素基部件/材料)的制造。

更通常地，本发明涉及制备含有金属、氧化物、碳化物或甚至氮化物形式的锕系元素的具有或多或少复杂形状的部件。燃料的标准工业制备目前主要经由粉末冶金的利用而进行(基于待形成的部件/燃料的组成粉末的压制以及在压制之后的所获得的压制品的烧结)。

背景技术

然而，当希望制备具有复杂形状的部件或者当希望具有对于待制备的部件的尺寸的极好控制(当这些部件具有复杂形状时更是如此)而无需精馏步骤时，粉末冶金的使用引起一些缺点和障碍。

目前，核燃料(锕系元素化合物)的制造通常经由基于粉末冶金的标准过程而进行。其利用两个主要步骤进行：

-形成燃料的组成粉末(在制备粉末之前使用势能压制)；

-在粉末压制步骤之后烧结所获得的压制品。

此类过程已经证实且为工业的，但引起至少四类缺点：

-难以控制由烧结获得的部件的形状，烧结本身通过控制压制模具中的颗粒堆叠(与材料的分布均匀性相关)而进行调整。现在，由于对于锕系元素粉末中的一些，它们相对内聚，因此该控制是重要的，且通常需要在粉末成型之前制备粉末。对于某些用途，几何形状规格要求精馏通过粉末冶金而获得的可燃物；

-粉末的所述制备通常引起粉末散布，所述粉末散布导致在制造过程中的封闭室中停留增加。其结果是增加的放射风险；

-由于成型通过单轴压制而工业进行，因此不可能获得形状复杂(即任意形状)和/或非轴对称的部件/燃料；

-需要使含有锕系元素粉末的封闭室为惰性，以限制自燃的风险(特别地当锕系元素为金属或碳化物形式时)。

为了作用于所有这些缺点，本申请人提出有可能使用称为粉末注射模制(PIM(法文缩写“MPI”))的过程的经填充的组合物。

然而，为了使此类过程对于锕系元素粉末的使用为有效的，必要的是可获得由有机组分组成的有机基体，所述有机基体通常基于允许粉末良好(就均匀分布而言)掺入所述有机基体的聚合物。根据待使用的核材料的特殊性和目标燃料的规格的特殊性，该有机基体必须满足此类过程所要求的全部目标功能和限制条件。

目前，在技术科学文献中未提及用于制备锕系元素组分的有机基体的配方。这可特别地由影响经填充的有机基体的限制条件/标准数量来解释。对于具有特定性质，并在令人满意的条件(即有可能获得特性至少等同于通过粉末冶金获得的那些特性的部件)下的锕系元素粉末的使用，需要考虑这些。

因此，为了满足以令人满意的方式经由PIM过程制造锕系元素燃料/部件的所述总体问题，必要的是所设想的经填充的基体同时满足如下标准：

-在经填充的基体中的锕系元素粉末填料含量足以在脱脂之后获得大于40％的颗粒叠堆密度。(应指出脱脂操作有可能去除复合材料填料的组成碳基化合物。该脱脂可经由用以使填料挥发的热作用而常规进行。)

具体地，当PIM过程应用于锕系元素粉末，以产生特性类似于通过粉末冶金所获得的那些特性的物体时，必要的是在形成的聚合物的脱脂步骤之后产生颗粒叠堆，所述颗粒叠堆必需为内聚的(即保持它们的形状)，且其密度等于通过单轴粉末压制(粉末冶金)而获得的密度。如果粉末特别地满足Geldard的定义(C类)或具有大于1.4的Hausner系数“Techniques de l’ingénieur mise en forme des poudres,J3 380-1”，则认为所述粉末为内聚的。为了获得该最小填料含量值，必要的是粉末(特别是如果其为内聚的，正如锕系元素粉末(特别是其氧化物)的常规情况)在填料的共混/制备过程中解附聚。由于如下原因，所述先决条件是重要的：

-填料的可注射性：尽管有上述填料含量标准，但必要的是能够在模具(或者如果进行挤出的话，则通过冲模)中使用经填充的基体，这要求在注射过程中对于100s^-1的速率梯度，50至10000Pa.s之间的剪切粘度范围，且优选范围小于1000Pa.s；

-随温度(或更通常的共混条件)的剪切变稀行为以及流变学行为的稳健性。填料的流变学行为可证实为禁止的。此外，由于锕系元素粉末可为相对致密、内聚和多模式的，因此特别必要的是在共混过程中在差的配方或混合条件的情况下限制经填充的基体中的任何分离/沉降的风险。

-经填充的基体的性质的稳定性，这意指如下标准：