[发明专利]一种环形FCM芯块制备方法

说明书

本发明涉及核燃料芯块制备技术领域，具体公开了一种环形FCM芯块制备方法，包括以下步骤：步骤1，模具加工；步骤2，TRISO颗粒穿衣混料；步骤3，环形FCM芯块成型；步骤4，环形FCM芯块烧结。采用本发明方法制备的环形FCM芯块，表面外观良好，其密度、化学成分均满足技术指标要求，可以应用于轻水堆。

技术领域

本发明属于核燃料芯块制备技术领域，具体涉及一种环形FCM芯块制备方法。

背景技术

核燃料元件是反应堆的核心部件，其先进性和安全性是反应堆的先进性和安全性的重要基础。FCM芯块是为轻水堆中使用的高燃耗铀所设计，是将TRISO颗粒封装在SiC基体中，整体稳定性高且兼具很高的热导率，与冷却剂有较好的兼容性。全陶瓷基体包覆使其释放出的裂变气体和腐蚀性裂变产物很少，在发生事故时容错性高，安全有保证。

常规FCM芯块形状为实心，在辐照过程中的中心温度、中心与边缘温差及芯块辐照肿胀和芯块开裂倾向均较大，存在一定的安全隐患。

发明内容

本发明的目的在于提供一种环形FCM芯块制备方法，可进一步降低芯块在辐照过程中的中心温度。

本发明的技术方案如下：

一种环形FCM芯块制备方法，包括以下步骤：

步骤1，模具加工；

根据环形芯块的几何外形，加工包含环形中空腔体的环形芯块成型模具；

步骤2，TRISO颗粒穿衣混料；

步骤2.1，在TRISO颗粒表面涂覆一层粘结剂，粘结剂为用无水乙醇稀释的丙三醇；

步骤2.2，将涂覆有粘结剂的TRISO颗粒与SiC粉末放入容器中，使TRISO颗粒与SiC粉末均匀混合，并在TRISO颗粒表面均匀地粘结一层SiC粉末，作为成型原料；

步骤3，环形FCM芯块成型；

采用成型模具对成型原料进行压制成型；

步骤4，环形FCM芯块烧结；

采用放电等离子烧结技术进行环形FCM芯块的烧结，最终得到环形FCM芯块。

步骤1中所述的成型模具的材料为钢材。

步骤3，采用钢制模具进行双向成型，成型压力为2.0～3.0kN，升压速率为0.8～1.0KN/s，保压时间为10～15s。

步骤1中所述的成型模具的材料为橡胶。

步骤3，采用橡胶模具进行冷等静压成型，成型压强为160～250MPa，保压时间为10～15s。

步骤2.1中丙三醇的浓度为10～13％。

步骤2.2，采用“表面涂覆”的粘结方式，使TRISO颗粒与SiC粉末均匀混合，并在TRISO颗粒表面均匀地粘结一层SiC粉末。

步骤4，烧结温度为1600±50℃，烧结时间为33±5min，升温速率为100±10℃/min。

本发明的显著效果在于：

采用本发明方法制备的环形FCM芯块，表面外观良好，其密度、化学成分均满足技术指标要求，可以应用于轻水堆，能有效提高堆芯热导率、降低裂变气体和腐蚀性裂变产物的释放和产生、降低芯块在辐照过程中的中心温度、中心与边缘温差及芯块辐照肿胀和芯块开裂倾向，提高芯块的上限温度。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。

一种环形FCM芯块制备方法，包括以下步骤：