[发明专利]一种低浓化微堆用UO2

说明书

本发明属于低浓化微堆燃料芯块技术领域，具体涉及一种低浓化微堆用UO₂燃料芯块生坯的自动成型方法。该方法包括以下步骤：将UO₂粉末压制成块，然后使用颗粒机破碎，再使用筛分机筛分，获得100～500μm粒度的UO₂粉末；添加润滑剂，添加量为UO₂粉末质量的0.1～0.5wt％，均匀混料；采用机械压机进行芯块成型，生坯高度控制在4～7mm，生坯密度控制在5.2～5.4g/cm³；UO₂燃料芯块烧结属于固相烧结，在氢气气氛下还原烧结。本发明成型效率提升了三倍以上，成效显著；同时由于成型的精准控制，不磨削即可实现尺寸的精确控制，尺寸和密度等指标均满足技术指标要求，提高了物料的利用率。

技术领域

本发明属于低浓化微堆燃料芯块技术领域，具体涉及一种低浓化微堆用UO₂燃料芯块生坯的自动成型方法。

背景技术

近年来，为降低高浓铀流失风险，提升核安保水平，核能电站的开发思路逐渐向小型甚至微型转变。而UO₂陶瓷型燃料由于具有熔点高、热稳定性好，中子俘获截面低，各向异性小，辐照稳定性好，对包壳与冷却剂有良好的相容性，燃耗深度比金属型燃料大等优点，无疑成为了微型核反应堆燃料核芯的最优选择之一。但由于微堆用UO₂芯块成型后直径很小(约5.41mm)，为了保证芯块外观质量，目前常用的成型方法主要为手动压制成型。但手动成型工艺流程长、影响因素多，成型效率低、周期长；不仅如此，手动成型的生坯烧结后，还需要进行磨削达到要求尺寸，造成大量的物料浪费。

发明内容

本发明的目的是提供一种低浓化微堆用UO₂燃料芯块生坯的自动成型方法，以克服现有技术存在的上述不足。

为达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：

一种低浓化微堆用UO₂燃料芯块生坯的自动成型方法，包括以下步骤：

步骤1，将UO₂粉末压制成块；然后使用颗粒机破碎，再使用筛分机筛分，获得100～500μm粒度的UO₂粉末；添加润滑剂，添加量为UO₂粉末质量的0.1～ 0.5wt％，均匀混料；

步骤2，采用机械压机进行芯块成型，生坯高度控制在4～7mm，生坯密度控制在5.2～5.4g/cm³；将压块模具置于压机全自动机械上，压机上、下冲头的固定方式为T型槽，上冲头尺寸Φ18～24mm及Φ8～12mm，厚度各为3～8mm，阴模为上下卡槽设计，卡槽距离阴模端部为12～18mm，阴模外径为Φ60～70mm，卡槽外径为Φ55～65mm；调整压机凸轮转速为10～15r/min，保证芯块成型速率控制在10～15块/min；通过调整料靴振动填装，并在填装位置暂停1～3s，保证 UO₂粉末充分填装空腔，填装重量偏差控制在±0.01～0.03g；通过调整上冲头上下位置精确控制成型后芯块高度，高度偏差为±0.01mm；

步骤3，UO₂燃料芯块烧结属于固相烧结，在氢气气氛下还原烧结。

芯块直径为Φ4.3+0.060mm，芯块高度为5±0.2mm，芯块垂直度偏差≤0.04mm，芯块表面粗糙度优于Ra0.5μm；芯块密度10.41～10.74g/cm³。

所述的步骤1中通过内部直径为30～70mm的压块模具将UO₂粉末压制成块，压制压力为10～55T。

所述的步骤1中润滑剂为阿克蜡或硬脂酸锌。

所述的步骤1中使用V型混料机或三维混料机均匀混料，混料时间为0.5～ 5h。

所述的步骤2中采用K6机械压机。