[发明专利]铀钼合金弥散燃料板制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及铀钼燃料元件制造技术，具体涉及到了铀钼合金弥散燃料板制备方法。

背景技术

U-Mo合金燃料是一种新型的高铀密度燃料元件，具有辐照性能稳定、铀密度更高、后处理简单等优点，代表了世界研究试验堆用新一代燃料的发展方向。研究试验堆采用U-Mo合金燃料，可提高元件的铀装载量，延长燃料运行寿命，降低研究试验堆运行成本，减少燃料循环费用。

U-Mo合金弥散燃料板制备技术是研发U-Mo合金燃料元件的关键基础技术。U-Mo合金弥散燃料板是由U-Mo合金粉均匀弥散的Al基芯体与铝合金包壳轧制复合而成的，其关键制备技术和工艺参数在国际上处于保密状态。

U-Mo合金弥散燃料板主要包括铀分布均匀性、芯体/包壳结合质量、包壳厚度等关键性能，其指标必须满足研究试验堆燃料元件的国际通用技术要求。其中：铀分布均匀性要求芯体均匀区在名义铀面密度的±20%以内，狗骨区在名义铀面密度的+30%～100%以内；芯体/包壳结合质量要求退火起泡检验燃料板有效区域内无肉眼可见起泡，且超声检验的不结合缺陷面积小于与φ2mm圆相当的面积；包壳厚度要求均匀区最小包壳厚度不小于0.30mm，狗骨区最小包壳厚度不小于0.25mm。

与研究试验堆现用的U₃Si₂-Al燃料元件相比，铀钼合金弥散燃料板的制备技术更加复杂，主要体现在：首先U-Mo合金的密度（ρ=17.6g/cm3）是U₃Si₂陶瓷密度（ρ=11.3g/cm³）的1.6倍，因此与基体Al粉的密度差更大，导致U-Mo合金粉与Al粉的混合均匀难度增大；其次，U-Mo合金燃料板芯体铀密度高于（5～8gU/cm³）U₃Si₂-Al燃料板（最大不超4.8gU/cm³），而弥散燃料板的铀密度越高，“狗骨”区铀均匀性越难控制；第三，U-Mo合金的熔点和硬度等物理性质与U₃Si₂陶瓷相差异较大，因此燃料板的轧制工艺技术需重新探索。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铀钼合金弥散燃料板的制备方法，制备出了满足技术条件的铀钼合金弥散燃料板，为研发新型铀钼合金燃料元件奠定了技术基础。

为解决以上技术难题，本发明的技术方案如下：

铀钼合金弥散燃料板制备方法，包括以下步骤：

A、配料步骤：取铀钼合金粉、铝硅合金粉备用；

B、混料步骤：将铀钼合金粉、铝硅合金粉投入到三维混料机中进行三维混料操作；

C、芯坯成型步骤：将混合后的物料投入到削角成型模具中，采用液压机压制出削角形状的燃料芯坯；

D、芯坯除气步骤：将削角形状的燃料芯坯在真空状态中进行热处理除气后得到弥散芯坯；

E、组坯步骤：将Al框架和盖板进行机械加工后，进行表面处理，同时将弥散芯坯设置在Al框架中，采用盖板组装后焊接密封，形成轧制坯；

F、轧制步骤：将轧制坯加热进行热轧处理成弥散燃料板，热轧完的弥散燃料板进行起泡退火试验，对没有鼓泡的弥散燃料板进行冷轧，使弥散燃料板达到预定尺寸，最后进行矫直，形成铀钼合金弥散燃料板。

研究试验堆现用的燃料元件为U₃Si₂-Al弥散燃料板，其制作工艺为：选用U₃Si₂粉和Al粉混合成型后组装在铝合金框架与盖板之间，然后轧制成薄板，可以参考现有技术《U₃Si₂-Al弥散型燃料元件》，该资料中未提及具体的轧制方法，其内容大量的披露了U₃Si₂-Al弥散型燃料元件的参数性能。