复合助烧剂对Gd2O3-UO2芯块微观结构的影响

Gd2O3-UO2可燃毒物燃料是近年来核电站采用较为普遍的可燃毒物之一。本文研究了在Gd2O3-UO2芯块中添加A12O3、TiO2、V2O5各150μg／g的复合助烧剂对芯块微观结构的影响。研究表明添加复合助烧剂后可以降低Gd2O3-UO2芯块的致密化温度．在H2气氛中，1500℃烧结4h后的Gd2O3-UO2芯块的密度可达～97％TD，芯块的闭口孔在1400～1750℃整个温度范围内一直呈下降趋势．烧结温度为1750℃时芯块中气孔数量比1600℃时减少．但单个气孔体积增大．其主要机制可能是小气孔之间发生融合。添加助烧剂后，在1400～1600℃温度之间晶粒生长速度出现不一致．部分晶粒开始迅速生长，晶粒大小分布出现双峰现象；当温度为1750℃时，晶粒大小分布为正态分布．双峰现象消失，平均晶粒尺寸约为25μm。     

Gd2O3-UO2芯块中添加U3O8研究

Gd2O3-UO2可燃毒物燃料是近年来核电站采用较为普遍的可燃毒物之一。传统观点认为在芯块制造过程中添加U3O8粉末会降低芯块的烧结密度．本文研究了在Gd2O3-UO2芯块基体密度-94％T．D的基础上．添加不同品比例由AUC煅烧得到的U3O8粉末，经成型，H2/H2O气氛中1750℃烧结后表明．随着U3O8加入量的增加，芯块的密度也随之增加，U3O8添加量大于40wt％时芯块的密度达到-97％T.D．,U3O8的加入相当于起到了助烧剂的作用．这一现象和传统的U3O8降低芯块密度的观点正好相反．而芯块的平均晶粒尺寸-8μm。     

添加Al2O3和SiO2的大晶粒UO2芯块制备研究

研究了Al2O3和SiO2添加剂对UO2芯块晶粒尺寸的影响.结果表明加入少量的Al2O3和SiO2,可有效促进烧结过程中UO2芯块的晶粒度长大,过量加入则会阻碍烧结过程中UO2芯块的致密化;在添加量一定的情况下,添加不同比例的Al2O3和SiO2,对芯块晶粒尺寸有较大影响,只添加SiO2,对芯块晶粒尺寸影响不大,Al2O3添加量增加,芯块晶粒尺寸随之增加;添加Al2O3和SiO2促进UO2芯块晶粒长大的机制是在烧结期间发生了液相烧结.     

添加Al2O3和SiO2的大晶粒UO2芯块制备研究

研究了Al2O3和SiO2添加剂对UO2芯块晶粒尺寸的影响.结果表明:加入少量的Al2O3和SiO2,可有效促进烧结过程中UO2芯块的晶粒度长大,过量加入则会阻碍烧结过程中UO2芯块的致密化;在添加量一定的情况下,添加不同比例的Al2O3和SiO2,对芯块晶粒尺寸有较大影响,只添加SiO2,对芯块晶粒尺寸影响不大,Al2O3添加量增加,芯块晶粒尺寸随之增加;添加Al2O3和SiO2促进UO2芯块晶粒长大的机制是在烧结期间发生了液相烧结.     

(U,Gd)O_2可燃毒物燃料芯块制造工艺及其主要性能

介绍了中国核动力研究设计院(U,Gd)O2可燃毒物燃料芯块制造生产线所使用的原材料UO2粉末、Gd2O3粉末、(U,Gd)3O8粉末以及添加剂硬脂酸锌和草酸铵的主要性能,同时描述了混料、制粒、成型、烧结和磨削等制造工艺过程及其产品(U,Gd)O2芯块的主要性能,并对制造过程中有关工艺控制参数进行了讨论。     

UO_2-Er_2O_3燃料芯块的烧结工艺研究

对UO_2-Er_2O_3可燃毒物燃料芯块的烧结工艺进行研究。试验表明:烧结过程中选择生坯密度在55%~60%理论密度的生坯芯块,在1700~1750℃,H2气氛中烧结2~3 h,可得到完整度、密度、晶粒尺寸等性能满足要求的燃料芯块。     

亚化学计量UO2-x燃料芯块的制备机理

亚化学计量UO_2-x芯块是一种设计新颖的特殊核反应堆用核燃料,很难采用传统压水堆超化学计量UO_2+x+U芯块工艺进行制造。本工作采用UO_2+x+U混合粉末为原料制备了UO_2-x芯块,研究了铀粉表面包覆处理方法、铀粉含量、成型压力、烧结气氛等工艺参数对芯块O/U比、烧结密度和微观结构的影响,探讨了UO_2-x环形芯块的亚化学计量形成机理。研究表明,当铀粉加入量（质量分数）分别为0、3%、6%时,芯块O/U比分别为2.010、1.991、1.982,平均晶粒尺寸分别为10、15、20μm;当铀粉加入量为50%时,O/U比为1.943,样品发生熔化。亚化学计量UO_2-x芯块必须在干燥惰性气氛中密封保存。     

低密度UO2燃料芯块的制备及微观结构

本文介绍了在UO_2粉末中加入造孔剂制备低密度UO_2燃枓芯块的方法。试验结果表明,加入4wt％草酸铵可获得85.31%TD的烧结块,其开口孔率为0.69%。加入2wt%聚乙烯醇可获得85.10%TD烧结块,其开口孔率为1.16%。而且,它们的孔隙形态、尺寸及分布都是令人满意的。两者再烧结后芯块密度分别增加了0.22%TD和0.30%TD,晶粒尺寸分别为14.3μm和16.1μm。     

掺杂Cr2O3对UO2芯块烧结行为的影响

提高燃料燃耗的一个有效手段是通过增大UO₂晶粒尺寸来减少元件内部气体压力,在大晶粒UO₂芯块中,裂变气体到达晶界表面的距离增加,因而裂变气体的释放速率降低,元件内部气体压力的增高缓慢。本文研究了添加Cr₂O₃对UO₂晶粒尺寸的影响。对纯UO₂、添加0.5% Cr₂O₃及5% Cr₂O₃ 3种配方的芯块进行了试验,在5%H₂Ar保护下,以10 ℃/min和5 ℃/min的升温速率升温至1 700 ℃,然后烧结2 h或4 h,对比纯UO₂芯块与添加Cr₂O₃的芯块发现,添加Cr₂O₃可有效增大晶粒尺寸;较长的烧结时间可促进晶粒长大;较低的升温速率也使晶粒长大。烧结过程产生液相烧结,液相浸润晶粒边界,促进晶粒长大。     

UO2?-Er2O3燃料芯块制备技术初步研究

对Er₂O₃质量分数为4.32%的UO₂-Er₂O₃可燃毒物燃料芯块的制备技术进行了初步研究。通过对比不同工艺条件（混料、成型、烧结）下,芯块的外观完整度、密度、晶粒度等性能,初步得到了UO₂-Er₂O₃燃料芯块的制备技术。试验表明:干法球磨混合6?h,添加5‰的聚乙烯醇（PVA）,300~350?MPa压力下冷压成型,1700~1750℃、H₂气氛中烧结2~3?h,可得到外观完整、密度大于等于95%理论密度（T.D.）、晶粒尺寸大于8?μm的UO₂?-Er₂O₃燃料芯块。      

添加微量元素制备大晶粒UO_2芯块

介绍了添加微量元素制备大晶粒UO2芯块的研究情况。添加的三种微量元素是:普通级Al2O3／SiO2、纳米级Al2O3／SiO2和Cr2O3。得出了阶段性的结论:添加这三种微量元素均促进UO2芯块晶粒的增加。控制适当的添加量,其性能完全满足现有的技术条件。     

UO2-x燃料芯块的晶粒生长动力学

本文采用恒速升温和等温烧结实验方法研究了亚化学计量UO_2-x燃料芯块的晶粒生长动力学。结果表明,以UO_2+x+5%U为原料,可得到密度为94.91%TD～96.23%TD（TD为理论密度）、O与U的原子个数比为1.975～1.990的合格的亚化学计量UO_2-x燃料芯块;在烧结温度≤1 650 ℃时晶粒生长速率较低,在烧结温度≥1750 ℃时晶粒生长速率较高;初始晶粒尺寸G₀不能忽略不计,亚化学计量UO₂-x燃料芯块的晶粒生长动力学符合4次方模型G⁴-G⁴₀=k₀texp(-1 000Q/RT),晶粒生长速率常数k₀=78.76 μm⁴/h,激活能Q=433.35 kJ/mol。     

共沉淀法制备AUGdC的工艺研究

本工作试验研究以碳酸铵溶液作沉淀剂从硝酸铀酰和硝酸钆的混合溶液中共沉淀AUGdC的方法。试验结果表明：控制铀浓度为300~400g/L、饱和碳酸铵溶液与硝酸铀酰溶液体积比为2.0~2.4等主要工艺参数,可制备出还原、压制和烧结性能良好的AUGdC粉末;UO₂-Gd₂O₃芯块烧结密度达理论密度的96%以上,钆铀分布均匀,形成UO₂-Gd₂O₃固溶体,平均晶粒尺寸在18μm以上。     

掺钛对UO2微球晶粒生长机制的影响

采用溶胶-凝胶方法制备掺钛0.3%(质量分数,下同)UO2微球,用金相显微镜观察微球微观结构、图像分析仪计算微球晶粒尺寸。对掺钛0.3%UO2微球晶粒长大机制进行了研究。经过计算得到在1 250～1 550℃之间掺钛UO2微球晶粒生长的平均活化能Ea=232.79kJ/mol,明显地低于UO2微球晶粒生长的平均活化能(Ea0=518.32kJ/mol);掺钛UO2微球在烧结后期(1 250℃之后),微球部分区域可能形成高价态的U4O9相,加快了U原子扩散速度,加速了晶粒生长。     

Thermophysical properties of several nitrides prepared by spark plasma sintering

Relatively high-density nitride pellets of TiN, ZrN, DyN, UN and their composites have been prepared by spark plasma sintering (SPS) technique without any milling process and sintering additive. The sintering process finished within 30 min for all the samples. The short sintering time and moderate sintering temperature strongly prohibited the grain growth in the sintering process. The SPS-prepared sample showed high Vickers hardness due to the small grain size. Despite of the grain size, the thermal conductivity remains the high value. The result indicates that the impurity layer on particle surface was removed in SPS process. The SPS pelletizing permits easy densification of nitrides without any deterioration of thermal properties, considered to be suitable as a preparation method of nitride fuels.     

掺杂Y2O3的铁锡复合氧化物的穆斯堡尔谱学研究

采用化学共沉淀法合成α－Ｆｅ２Ｏ３－ＳｎＯ２和α－Ｆｅ２Ｏ３－ＳｎＯ２－Ｙ２Ｏ３的铁锡复合氧化物,应用Ｘ射线衍射和穆斯堡尔谱学等手段研究材料的微结构和微粒生长情况,实验结果表明,掺杂Ｙ２Ｏ３对晶粒生长有明显抑制作用,不同温度热处理可制得不同尺寸大小的纳米晶α－Ｆｅ２Ｏ３－ＳｎＯ２－Ｙ２Ｏ３材料。     

高温气冷堆大晶粒二氧化铀核芯研究

大晶粒的UO₂核芯可更有效地阻止反应堆运行时裂变气体的释放,实现反应堆燃耗的加深和延长反应堆燃料元件的运行寿命。采用溶胶凝胶工艺制备高温气冷堆燃料元件的UO₂核芯,在胶液中加入含有Al的化合物Al(NO₃)₃•9H₂O,以增大核芯晶粒尺寸。研究了添加剂对核芯晶粒尺寸的影响及烧结过程中分解的O离子与核芯U离子的扩散系数之间的关系。通过添加含有Al的化合物,UO₂核芯的平均晶粒尺寸由18μm增加到30μm。对添加Al(NO₃)₃•9H₂O的UO₂核芯的烧结机理研究表明,UO₂核芯晶粒的长大主要受空位扩散机制的影响。