阅读说明：本技术 一种中心开孔芯块成型方法 (Method for forming core block with hole in center ) 是由 杜江平 邹本慧 韩志华 刘文涛 李宗书 隋政 郝若彤 贾春燕 刘伟 于 2020-12-31 设计创作，主要内容包括：本发明属于二氧化铀芯块制备技术领域,具体涉及一种中心开孔芯块成型方法。首先确认UO-2原粉外观均匀一致,再将UO-2原粉进行筛分去除大颗粒杂质,采用机械混合将不同批次UO-2原粉进行均一化处理得到粉末,该粉末称为合批UO-2粉末；将合批UO-2粉末装入模具中进行压制成坯,称之为UO-2生坯,再将UO-2生坯进行筛分得到粉末,这种粉末称之为制粒粉；采用润滑剂对模具进行润滑,要求润滑剂涂抹均匀,薄厚一致,涂抹后静置干燥或轻微晃动干燥；将制粒粉装在阴模靠上1/3～1/4处,芯坯压制方式采用双向压制成型；芯坯脱模；脱模后对生坯的高度及外观进行检查；将生坯置于真空气氛烧结炉,烧结气氛为湿氢,制备得到中心开孔UO-2芯块。本发明可实现UO-2芯块的批量稳定成型。(The invention belongs to the technical field of preparation of uranium dioxide pellets, and particularly relates to a method for molding a pellet with a hole in the center. First, the UO is confirmed 2 The raw powder is uniform in appearance, and then UO is added 2 Screening raw powder to remove large-particle impurities, and mechanically mixing different batches of UO 2 The raw powder is homogenized to obtain powder called combined UO 2 Powder; will mix up UO 2 The powder is placed in a die and pressed into a blank, called UO 2 Green body, and then UO 2 Screening the green body to obtain powder, wherein the powder is called as granulating powder; lubricating the die by using a lubricant, wherein the lubricant is required to be uniformly coated and has consistent thickness, and the die is subjected to standing drying or slight shaking drying after coating; loading the granulated powder on a position 1/3-1/4 above a female die, and performing bidirectional compression molding on a core blank in a compression mode; demolding the core blank; threshing deviceInspecting the height and appearance of the green body after molding; placing the green body in a vacuum atmosphere sintering furnace, wherein the sintering atmosphere is wet hydrogen, and preparing to obtain the UO with the central opening 2 And (3) a core block. The invention can realize UO 2 And (4) stably molding the core blocks in batches.)

一种中心开孔芯块成型方法

技术领域

本发明属于二氧化铀芯块制备技术领域，具体涉及一种中心开孔芯块成型方法。

背景技术

该产品为自主研发设计，属于粉末冶金工艺制备中心开孔二氧化铀芯块领域，目前中心开孔芯块制备主要采用模压成型进行制备，首先，中心开孔芯块的制备技术研究的难点在于芯块尺寸较小且中心孔仅有2mm左右，在成型和脱模过程，芯块容易产生裂纹、掉角等缺陷，导致成品率较低。其次，芯块所用的UO₂原粉普遍存在较大波动，芯块成型过程中，成型工艺参数需要经常调整，以满足成型要求。

发明内容

针对芯块成型过程中的裂纹、掉角等缺陷，本发明通过对成型过程进行工艺控制，保证芯块的成品率；针对芯块成型所用的UO₂原粉的物性波动，保证芯块批量稳定制备，本发明通过将UO₂原粉进行均一化处理，使均一化处理UO₂粉末的关键指标控制在一定范围内，保证芯块在成型过程中工艺参数稳定保持在一定范围内。

为达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：

一种中心开孔芯块成型方法，

1)原料均一化处理：首先确认UO₂原粉外观均匀一致，再将UO₂原粉进行筛分去除大颗粒杂质，采用机械混合将不同批次UO₂原粉进行均一化处理得到粉末，该粉末称为合批UO₂粉末；

2)粉末制粒：将合批UO₂粉末装入模具中进行压制成坯，称之为UO₂生坯，再将UO₂生坯进行筛分得到粉末，这种粉末称之为制粒粉；

3)模具润滑：采用润滑剂对模具进行润滑，要求润滑剂涂抹均匀，薄厚一致，涂抹后静置干燥或轻微晃动干燥；

4)芯坯成型：将制粒粉装在阴模靠上1/3～1/4处，芯坯压制方式采用双向压制成型；

5)芯坯脱模；脱模后对生坯的高度及外观进行检查；

6)芯块烧结：将生坯置于真空气氛烧结炉，烧结气氛为湿氢，制备得到中心开孔UO₂芯块。

原料均一化处理：合批UO₂粉末采用5点取样法进行采样检测，通过调整机械混合参数，将合批粉末的粒度、比表面、松装密度对于后续压烧工艺有重大影响的关键参数控制在一定的范围内。

粉末制粒：再将UO₂生坯采用标准筛进行筛分得到粉末。

模具润滑：润滑剂组分为四氯化碳和硬脂酸锌。

模具润滑：润滑部位包括阴模内壁、上下冲头的压头区域。

芯坯成型：压制过程设定升压速率及程序匀速加压。

芯坯脱模：脱模过程中，当脱模力低于100N时，用手将阴模托住，并进行手动脱模，芯坯的脱模力通过调整硬脂酸锌的比例进行控制，不大于700N。

芯块烧结：设定高温烧结温度为1740±20℃，保温时间为4h～8h。

本发明所取得的有益效果为：

通过本发明的制备技术方法及工艺措施控制，可实现UO₂芯块的批量稳定成型，对提高反应堆的安全性意义重大。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。

1)原料均一化处理：首先确认UO₂原粉外观均匀一致，再将UO₂原粉进行筛分去除大颗粒杂质，采用机械混合将不同批次UO₂原粉进行均一化处理得到粉末，该粉末称为合批UO₂粉末，合批UO₂粉末采用“5点取样法”进行采样检测，通过调整机械混合参数，将合批粉末的粒度、比表面、松装密度等对于后续压烧工艺有重大影响的关键参数控制在一定的范围内。

2)粉末制粒：将步骤1)制得的合批UO₂粉末，装入模具中进行压制成坯，称之为UO₂生坯，再将UO₂生坯采用标准筛进行筛分得到一定粒度的粉末，这种粉末称之为制粒粉。

3)模具润滑：采用润滑剂对模具进行润滑，润滑剂组分为四氯化碳和硬脂酸锌，润滑部位包括阴模内壁、上下冲头的压头区域，要求润滑剂涂抹均匀，薄厚一致，涂抹后静置干燥或轻微晃动干燥。

4)芯坯成型：采用2)制得的制粒粉，装在阴模靠上1/3～1/4处，以减少脱模行程，防止芯块开裂，另外，为保证芯坯尺寸轴向均匀性，芯坯压制方式采用双向压制成型，压制过程以设定升压速率及程序匀速加压。

5)芯坯脱模力：脱模过程中，当脱模力低于100N时，用手将阴模托住，并进行手动脱模，芯坯的脱模力通过调整硬脂酸锌的比例进行控制，一般不大于700N，脱模后对生坯的高度及外观进行检查。

6)芯块烧结：将生坯置于真空气氛烧结炉，烧结气氛为湿氢，设定高温烧结温度为(1740±20)℃，保温时间为4h～8h，制备得到一定尺寸的中心开孔UO₂芯块。

对1500～2000g不同批次的UO₂原粉进行外观检查，采用80目或100目筛网去除原料中的大颗粒杂质，并采用三维混料机进行混料20min～30min，并对合批粉末的粒度、比表面、松装密度采用“5点取样法”进行取样并检测，保证粉末的粒度控制小于70微米，比表面控制在3.5～6.5m²/g，松装密度控制在0.75～1.50g/cm³；

粉末制粒：将步骤1)制得的合批UO₂粉末，装入Φ40mm模具中进行压制成坯，压制力12T，保压10s，称再将UO₂生坯过40目标准筛进行筛分，取40目以下的粉末作为制粒粉。

模具润滑：采用润滑剂对模具进行润滑，润滑剂组分为四氯化碳和硬脂酸锌(四氯化碳25ml:(0.7～1)g硬脂酸锌)，润滑部位包括阴模内壁、上下冲头的压头区域，要求润滑剂涂抹均匀，薄厚一致，涂抹后静置干燥或轻微晃动干燥。

取1.5～2.0g步骤2)所得制粒粉，装入设计尺寸的模具中，装料位置位于阴模靠上1/3处，采用压制方式为双向压制，压制压力5～8KN，保压10s。

在脱模时，若脱模力＞700N时，通过添加硬脂酸锌，保证脱模力≤700N进行脱模，当脱模力低于100N时，用手将阴模托住，并进行手动脱模，得到UO₂生坯。

对UO₂生坯外观及高度进行检查，高度控制在8～11mm，外观若存在裂纹、掉块等缺陷需及时剔除；

将UO₂生坯置于真空气氛烧结炉，烧结气氛为湿氢，设定高温烧结温度为1700℃～1770℃，保温时间为4h，制备得到中心开孔UO₂芯块。

以UO₂原粉作为原料，通过均一化处理、制粒、成型工艺控制及烧结，可实现中心开孔UO₂芯块的批量稳定制备，对提高反应堆的安全性意义重大。