[发明专利]高熵陶瓷惰性基弥散燃料芯块及其制备方法

权利要求书

1.一种高熵陶瓷惰性基弥散燃料芯块的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将原料粉体分别制成浆料和混合粉体；

所述原料粉体包括五种或五种以上的金属粉体、金属氧化物粉体或金属氢化物粉体；所述金属粉体、金属氧化物粉体和金属氢化物粉体中的金属包括Zr、Ti、Nb、Ta、V、Cr、Mo和W中至少五种；所述原料粉体的粒径为10nm～200μm；所述原料粉体的各粉体之间的摩尔比为1:1；

S2、将所述浆料喷涂在滚动的燃料颗粒表面，烘干后形成粘附在燃料颗粒表面的包覆层；

S3、将一部分所述混合粉体与带有包覆层的燃料颗粒按比例混合后，压制形成柱状的核心素坯；将另一部分所述混合粉体压制形成筒状的核壳素坯；

S4、将所述核心素坯装入所述核壳素坯内，在第一设定气氛下进行热处理，使所述核心素坯和核壳素坯中的原料粉体进行原位反应，得到陶瓷坯体；

所述热处理的温度为800℃-1200℃；

S5、将所述陶瓷坯体在第二设定气氛下进行固熔烧结，形成致密化的高熵陶瓷惰性基弥散燃料芯块；固熔烧结的温度为1300℃-1550℃；

在所述原料粉体为五种或五种以上的金属粉体、五种或五种以上的金属氧化物粉体或五种或五种以上的金属氢化物粉体的混合粉体时，步骤S4中，所述第一设定气氛为氮气；在氮气气氛下，各金属粉体、金属氧化物或者金属氢化物分别与氮气进行原位反应，生成氮化物陶瓷；

步骤S5中，所述第二设定气氛为真空、氩气、氦气或氮气。

2.根据权利要求1所述的高熵陶瓷惰性基弥散燃料芯块的制备方法，其特征在于，步骤S1包括：

S1.1、将原料粉体与分散剂、有机溶剂进行混合形成浆料；

S1.2、将部分所述混合浆料通过干燥处理形成混合粉体；或者，将原料粉体与分散剂混合形成混合粉体。

3.根据权利要求2所述的高熵陶瓷惰性基弥散燃料芯块的制备方法，其特征在于，在所述浆料中，所述有机溶剂与所述原料粉体的质量比例为1：1～3：1；所述分散剂占所述原料粉体的质量百分比为0.5%～4%。

4.根据权利要求2所述的高熵陶瓷惰性基弥散燃料芯块的制备方法，其特征在于，所述分散剂为聚乙烯亚胺、四甲基氢氧化铵中至少一种；所述有机溶剂为无水乙醇、丙酮中至少一种。

5.根据权利要求1所述的高熵陶瓷惰性基弥散燃料芯块的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述燃料颗粒包括TRISO颗粒、UO₂、UC、UC₂、UN、UCN、UCO、U₃Si₂、U合金、PuO₂、PuC、PuN、Pu合金中至少一种；

所述TRISO颗粒的核心包括UO₂、UC、UC₂、UN、UCN、UCO、U₃Si₂、U合金中至少一种。

6.根据权利要求1所述的高熵陶瓷惰性基弥散燃料芯块的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述燃料颗粒在滚动的同时加热到50℃～100℃；采用气压喷雾装置将所述浆料喷涂在燃料颗粒表面。

7.根据权利要求1所述的高熵陶瓷惰性基弥散燃料芯块的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述核心素坯在10MPa～100MPa的压力下成型；所述核壳素坯在30MPa～400MPa的压力下成型。