鎢基氮化鈾微球彌散燃料制備工藝及性能研究

編號：FTJS106796

篇名：鎢基氮化鈾微球彌散燃料制備工藝及性能研究

作者：劉文濤 杜江平 趙雨夢 馬春雨 劉偉 蔡振方

關(guān)鍵詞： 金屬陶瓷燃料 氮化鈾微球 鎢基體 碳熱還原-氮化

機(jī)構(gòu)： 中核反應(yīng)堆輻照特種元件制備工藝重點(diǎn)實(shí)驗室 中核北方核燃料元件有限公司

摘要： 金屬陶瓷(CERMET)彌散燃料是目前核熱推進(jìn)反應(yīng)堆用燃料研發(fā)熱點(diǎn)。氮化鈾(UN)微球具有高鈾密度、高熱導(dǎo)率、高填充率等特點(diǎn),鎢基體具有高熔點(diǎn)、高熱導(dǎo)率及低線性熱膨脹系數(shù)等優(yōu)點(diǎn),將兩者結(jié)合形成的鎢基氮化鈾微球彌散燃料是空間核動力的理想候選材料。本文突破了碳熱還原-氮化關(guān)鍵難點(diǎn),成功制備了高純UN微球,采用無壓通氫燒結(jié)的工藝路線,實(shí)現(xiàn)了鎢基UN彌散燃料芯塊制備,研究了不同參數(shù)對UN微球和彌散燃料芯塊性能的影響規(guī)律。結(jié)果表明,當(dāng)碳化溫度為1900℃、保溫時間為8 h、氮化溫度為1900℃、保溫時間為3 h時,UN微球的純度最高,達(dá)93.79%,相對密度為96%T.D.;以丙三醇為黏結(jié)劑、無水乙醇為稀釋劑,對UN微球與基體鎢粉進(jìn)行濕混后直接裝模壓制,UN微球在鎢基體中分布較均勻;使用氫氣進(jìn)行致密化燒結(jié),在1900℃可獲得95%T.D.以上致密度。對燃料芯塊的性能測試表明,鎢基UN芯塊中的微球完整且分布均勻,微球中U、N原子比為1.04∶1,鎢基體與UN微球界面粘附緊密,無分層;隨著溫度的升高,芯塊的導(dǎo)熱系數(shù)逐漸降低,100℃時的導(dǎo)熱系數(shù)為182.6 W/(m·K)。