[发明专利]一种采用粉末冶金法进行中心开孔UO2燃料芯块的制造方法

权利要求书

1.一种采用粉末冶金法进行中心开孔UO₂燃料芯块的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)确定原材料

本发明采用的原料为UO₂粉末和U₃O₈粉末的混合物以及润滑剂；

其中U₃O₈粉末的添加量不超过批次总质量的20％，润滑剂的添加量不超过批次总质量的0.4％，单批次总质量不超过500kg；

(2)混合均匀化

按步骤(1)中确定的物质配比将UO₂粉末和U₃O₈粉末的混合物放入密封的单锥的锥形混料机中，充0.5～1MPa氮气进行混合均匀化；

(3)预压制粒

混合均匀后，进行粉末的预压制粒；

(4)混合球形化

制粒后的粉末加入不超过批次总质量0.4％的润滑剂后进行双锥的锥形混料计进行混合球形化；

(5)生坯压制

球形化后的粉末进入旋转压机进行生坯压制，生坯压制的规格是每块是直径为10～10.2mm，高度为15～16.5mm的柱状，中心开孔直径为1.3～4.5mm；

(6)高温烧结

压制后的生坯在纯氢气气氛、1730℃～1760℃的温度下进行烧结6～8h；

(7)磨削

在金刚石砂轮上进行贯穿式磨削，将烧结后的生坯外表面磨削到产品设定的技术规格。

2.如权利要求1所述的一种采用粉末冶金法进行中心开孔UO₂燃料芯块的制造方法，其特征在于：润滑剂为阿克腊和草酸铵粉末中的至少一种，阿克腊是分析纯的纯度，粒径＜100μm；草酸铵是分析纯的纯度，粒径＜63μm。

3.如权利要求1所述的一种采用粉末冶金法进行中心开孔UO₂燃料芯块的制造方法，其特征在于：UO₂粉末满足以下技术指标：①1≤U₂₃₅富集度≤5；1≤U₂₃₅富集度≤2时，偏差为±0.02％；2＜U₂₃₅富集度≤5时，偏差为±0.05％；②当量硼含量≤4μg/g铀；③粒度分布满足正态分布，粒度的平均值为1.5～3μm；④氧铀比为2.02～2.18；

U₃O₈粉末满足以下技术指标：①1≤U₂₃₅富集度≤5；1≤U₂₃₅富集度≤2时，偏差为±0.02％；2＜U₂₃₅≤5时，偏差为±0.05％；②当量硼含量≤2.5μg/g铀；③氧铀比为2.6～2.7；④比表面的平均值为0.3-1.5m²/g；⑤松装密度为1.2-3g/cm³。

4.如权利要求1所述的一种采用粉末冶金法进行中心开孔UO₂燃料芯块的制造方法，其特征在于：步骤(2)中，锥形混料机的自转速度为59转/分，公转速度为2转/分，混合时间为30-40分钟。

5.如权利要求1所述的一种采用粉末冶金法进行中心开孔UO₂燃料芯块的制造方法，其特征在于：步骤(3)中，制粒时的压力为20～70kN，制粒粉末过筛时筛网尺寸为1.5mm～2.0mm。

6.如权利要求1所述的一种采用粉末冶金法进行中心开孔UO₂燃料芯块的制造方法，其特征在于：步骤(4)中，锥形混料计的频率为25Hz，球化时间10-30分钟。

7.如权利要求1所述的一种采用粉末冶金法进行中心开孔UO₂燃料芯块的制造方法，其特征在于：步骤(5)中，压制速度为70～250块/分钟，压制压力为2～8MPa,压制时生坯密度保持在5.6g/cm³～6.2g/cm³。

8.如权利要求1所述的一种采用粉末冶金法进行中心开孔UO₂燃料芯块的制造方法，其特征在于：步骤(7)中，柱面粗糙度小于3.2μm。

9.如权利要求1所述的一种采用粉末冶金法进行中心开孔UO₂燃料芯块的制造方法，其特征在于：润滑剂为阿克腊和草酸铵粉末中的至少一种，阿克腊是分析纯的纯度，粒径＜100μm；草酸铵是分析纯的纯度，粒径＜63μm；

UO₂粉末满足以下技术指标：①1≤U₂₃₅富集度≤5；1≤U₂₃₅富集度≤2时，偏差为±0.02％；2＜U₂₃₅富集度≤5时，偏差为±0.05％；②当量硼含量≤4μg/g铀；③粒度分布满足正态分布，粒度的平均值为1.5～3μm；④氧铀比为2.02～2.18；

U₃O₈粉末满足以下技术指标：①1≤U₂₃₅富集度≤5；1≤U₂₃₅富集度≤2时，偏差为±0.02％；2＜U₂₃₅≤5时，偏差为±0.05％；②当量硼含量≤2.5μg/g铀；③氧铀比为2.6～2.7；④比表面的平均值为0.3-1.5m²/g；⑤松装密度为1.2-3g/cm³；

步骤(2)中，锥形混料机的自转速度为59转/分，公转速度为2转/分，混合时间为30-40分钟；

步骤(3)中，制粒时的压力为20～70kN，制粒粉末过筛时筛网尺寸为1.5mm～2.0mm；

步骤(4)中，锥形混料计的频率为25Hz，球化时间10-30分钟；

步骤(5)中，压制速度为70～250块/分钟，压制压力为2～8MPa,压制时生坯密度保持在5.6g/cm³～6.2g/cm³；

步骤(7)中，柱面粗糙度小于3.2μm。