[发明专利]一种MOX燃料芯块湿氢烧结方法

说明书

本发明涉及核级粉末芯块烧结技术领域，具体公开了一种MOX燃料芯块湿氢烧结方法，包括以下步骤：步骤一：生坯装炉；步骤二：气体置换洗炉；步骤三：进行湿氢烧结；步骤四：开炉。本发明方法通过控制烧结过程中的烧结温度、保温时间、烧结气氛等关键参数，优化了具体的烧结阶段，解决了芯块致密不均匀、密度低、O/M比偏高、晶粒尺寸偏小等技术难题，为开展大批量生产提供相应的技术支持。

技术领域

本发明属于核级粉末芯块烧结技术领域，具体涉及一种MOX燃料芯块湿氢烧结方法。

背景技术

近年来，随着粉末冶金新技术与工艺的不断出现，推动高技术产业快速发展，其中，发展MOX燃料对提高铀资源利用率、推动我国快堆技术的发展和商业化应用、保护环境、防止核扩散等具有重大的意义。但是研制MOX燃料涉及了大量的U、Pu元素，使得MOX燃料制备方法与工艺成为国际上比较敏感的核心技术。其中MOX燃料烧结是关键工序之一，该工序通过温度的变化使得粉末颗粒之间会发生一系列扩散、熔合、结晶等复杂的物理、化学现象，从而使烧结产品性能满足技术控制指标要求，尤其是芯块的密度、O/M、晶粒尺寸等方面。

目前，在传统粉末冶金行业中，陶瓷烧结方法一般分为无压烧结、液相烧结及加压烧结三种类型，而MOX燃料本身性质活泼、熔点较高、热膨胀系数大、热导率低，使得烧结过程变得较为困难。此外，芯块烧结后的密度要求较高，对芯块的空隙大小、O/M比、晶粒尺寸、内部缺陷等都有着严格的技术指标，因此，为了获得所需性能的产品，亟需设计一种新的MOX燃料芯块烧结方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种MOX燃料芯块湿氢烧结方法，以提高烧结芯块密度。

本发明的技术方案如下：

一种MOX燃料芯块湿氢烧结方法，包括以下步骤：

步骤一：生坯装炉

将烧结炉内气压恢复到常压，取出炉底部的金属钼烧结舟，将压制合格的MOX燃料生坯放入烧结舟内，并做好标记；

然后将烧结舟排放炉底中心位置后，将炉底缓慢置入烧结炉内；

步骤二：气体置换洗炉

打开冷却水系统，待冷却水路正常后，打开二级泵装置，将烧结炉内真空度降至0.1～20Pa之间，然后打开混合气氛控制系统，通入Ar+6％H₂混合气体以置换烧结炉内气氛，并使得气压保持在正压3～25KPa；

步骤三：进行湿氢烧结

通过加热系统使烧结炉内开始升温，在室温～400℃过程中烧结气氛为流动的含氢6％的氢氩混合气；

当升温至400～1400℃时，烧结气氛切换为含氢6％的流动湿氢气氛；

继续升温至1400～1900℃后进入保温阶段，保温过程中烧结气氛为流动湿氢气氛；

当高温烧结完成后，开始降温；

当降温至600～1300℃时，烧结气氛切换为含氢6％的流动干氢气氛，然后开始带功率降温；

当温度降至300～550℃时，关闭电源，保持自然降温速率，直至自然降温至20～80℃时，关闭冷却水系统；

步骤四：开炉

打开烧结炉，转运烧结舟，取出MOX燃料芯块，进行分析检测。

步骤一中，所述的MOX燃料生坯密度为35～55％.TD，生坯数量为10～400块。

步骤二中，重复气体置换1～10次，以使得烧结炉内气氛置换完全。

步骤三中，在室温～400℃过程中，气体流速控制为1～10L/min，炉压保持在1～25KPa。