生产陶瓷制品的方法技术

这是一种生产陶瓷制品的方法，它包括的步骤有：用颗粒材料做成坯；从端头压制该坯；以及烧结该坯，坯体在压制前是用不同颗粒松密度的颗粒材料层做成的。该陶瓷材料可包括基本上为圆柱体形状的陶瓷块，例如核燃料块。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及陶瓷制品的生产，特别是但不仅限于、涉及陶瓷块、例如核燃料块的生产。一般来说，当颗粒材料在模具中被压实时，由于颗粒与颗粒、模具壁与颗粒之间的摩擦作用，会造成施加于颗粒体上的压力发生变化，压实体则具有不均匀的压缩密度。压坯的压缩密度不均匀，在随后的烧结中会使差别收缩加大而导致陶瓷制品变形。即使在烧结中不收缩，密度不均仍会在烧结件中保留，并成为脆弱的根由。核燃料块是陶瓷的、基本上为园柱形实心或空心体，它主要是或全部是由铀的氧化物、特别是UO2组成。把这种块聚集在护套中一起使用，就提供出燃料棒。成套的这种燃料棒就被用作核反应堆中的活性元件。在传统的生产核燃料块的方法中，例如在EP0277708中所描述的生产状态中，氧化铀的粉末是在模具中压实，然后通常是在低于大气压和高温下、例如1500℃至1800℃下烧结几个小时。要求块体的形状为正圆形圆柱体。产品规格通常是要求这样的形状。但是，在上述传统状态下生产出的块，在烧结后可能得不到正圆形圆柱体的形状，虽然所用块模具的型腔本身是完美的正圆形圆柱体。生产出的块形状常常是腰部具有麦捆似的外形，亦即其横截面积(垂直于块轴)在块长度各点上不相同，在块中部附近的横截面积小于两端附近的横截面积，通常在烧结后须对块进行研磨，以合乎产品规格。这样的研磨即费时又费钱。本专利技术的目的是要在烧结后能减少或消除进行研磨的需要。本专利技术提供了一种，它包括的步骤有将颗粒材料做成坯；在其端部进行压制；以及将坯进行烧结；该方法的特征在于，在压制前所做的坯是用颗粒松密度不同的几层颗粒材料做成的。陶瓷制品可包括基本上为圆柱体形状的陶瓷块。陶瓷块可包括核燃料块，而颗粒材料可包括核燃料材料。我们通过实验分析已经发现，现有技术所制得的麦捆形外形，是因烧结其内部密度小于端部密度的坯所引起的。这一不同密度外形是由下述途径形成的。用通常方法压制用粉末做成的坯时，是把粉末放入正圆形圆柱体的模具型腔中，并从端部压缩粉末。由于粉末坯体内部的摩擦效应，在坯体内部不同区域经受着载荷的变化，因而在块中部附近就出现了坯体的轻微鼓起。鼓起区域的密度较端部区域为低，因为同样多的颗粒占据了较大的容积。本专利技术借助于在压制前使用具有不同密度的颗粒材料区域，就使得由于上述鼓胀效应引起的在压缩时的密度降低得以抵消，因而就获得了密度分布更均匀的压坯。压坯均匀了，本身就保证了在烧结后，烧结块具有更均匀的横截面形状。按照本专利技术的方法，颗粒材料坯的制法是，将核燃料材料的粉末或颗粒放入具有基本上正圆形圆柱体形状的模具型腔中来制造。上述颗粒材料坯在压制前可包括几层不同密度的单独层。这样的分层可以有基本上平面的接界，亦即与坯体的轴正交的平面。另一种办法是，层间接界面也可以是非平面的，即凸的或凹的，以提供适当的密度外形。另外，上述颗粒材料坯在压制前，其中的密度变化可以逐步实施，例如在坯体的一部分长度上与距离成线性关系的变化。上述颗粒材料坯在压制前要求坯体两端区域的密度小于内部区域即靠近坯体中部区域的密度。为获得颗粒材料坯中的不同密度，可从多个备有不同颗粒松密度的不同颗粒材料源，往模具型腔中送入颗粒材料。从两个材料源泄放材料时须加以控制，以使坯体中的密度外形符合要求。不同的颗粒材料，举例说可包括同一组成但经不同处理过的，也可以是不同颗粒结构的。不同的颗粒类型可包括例如(a)用同一种粉末但用不同压力进行预处理而做成的不同密度的颗粒；(b)用同一种粉末做的颗粒，但有的是磨过的，有的没有磨过；(c)有的是片状结构的颗粒，有的是球形结构的颗粒；或者(d)这些不同类型的多种结合。在使用粒化技术生产不同密度的颗粒时，有多种大家熟知的方法可用来生产一种或多种不同密度类型的颗粒。例如，先经模具预压，随后打碎过筛的方法。另外可用辊子压。例如用上述方法之一生产的颗粒材料，可包括二氧化铀，其中可含有任选的添加剂，如氧化铌(niobia)或氧化钆，或二氧化钚(例如高达重量的6％)，以提供混合氧化物(MOX)燃料块。颗粒上还可涂有少量的、例如小于重量的1％的固体润滑剂，如硬脂酸锌，这可在预处理过程中加入，或者在压制步骤中使用，这样来处理制坯的粉末(用以直接制坯或间接地用作预压制颗粒)。按照本专利技术的方法，预压和烧结步骤可在类似于现有技术的状态下进行，但压制步骤中的压力可以随着时间逐步增高到最大值，例如每cm26-7吨。最大压制压力可从1至10t/cm2。烧结步骤可象现有技术一样在惰性气体大气中进行，或在低于大气压下进行，惰性气体例如可为氢或氢与惰性气体的混合物，其中氢的重量含量可高达99％。烧结步骤可在1500℃至1800℃温度下进行至少1小时，优选为数小时，例如＞5小时。在烧结步骤中采用高于1大气压的压力是理想的。本专利技术有利地并意想不到地使所生产的陶瓷块、如核燃料块在外形上的边比现有技术烧结后所得到的块边要更直。因此费钱的烧结后研磨的需要就减少了或消除了。虽然本专利技术主要打算是生产在轴向截面上为直边的陶瓷块、如核燃料块，但特殊用途的在其曲面上带有凹槽的块或鼓形块也可利用本专利技术来进行生产。用本专利技术生产的块可以是完全实心的。另一种办法，块也可带有轴向的穿孔。块的两端可以是平的或曲面的、例如凸的。块的确切形状通常将按照核反应堆的具体类型(例如改进型气体冷却反应堆(AGR)或轻水反应堆(LWR))所规定的形状来做，在反应堆中，这种块是组装成燃料棒使用的。下面我们将用实例参照附图来说明本专利技术的实施方案，附图有附图说明图1为现有技术生产的坯(烧结前)的外形简图。图2为现有技术生产的烧结后块的外形简图。图3为用本专利技术的方法生产的块的外形简图。图4和图5分别为实际测量按现有技术和按本专利技术制造的块外形曲线图。如图1所示，在上述传统状态下在正圆形圆柱体截面的模具型腔中，压制均匀的UO2或UO2基的粉末所生产出的是鼓形1外形的块。在压制块被烧结后，形成的是麦捆形2的块，如图2所示。形状2的腰部直径典型地例如要比尺寸为约6mm(直径)和10mm(长)的块两端小50μm(亦即每边小25μm)。图3示出用本专利技术的方法所制得的块外形。压制具有5、6、7三个区域的UO2或UO2基的粉末，做成了正圆形圆柱体块形状3。在块两端的区域5和7，颗粒的密度为d1，在块中部的区域6，密度为d2。当压制压力为2t/cm2时，对深度相等的区域5、6和7来说，密度d2可比d1大三倍。当把图3所示的块用传统方法进行烧结时，例如象下述实施例所描述的那样烧结时，烧结后所得到的坯外形基本上与形状3是相同的。下面的说明性实例展示出本专利技术比现有技术的效益。试验中使用了申请人生产的陶瓷级二氰化铀粉末。用下法制备了A型和B型两种类型的颗粒，颗粒是用同样的UO2粉末制造的。A型粉末被倒入直径2.54cm的钢模内并用0.25t/cm2的压力压制成厚约1cm的圆盘形粉末压坯。然后将压坯打碎，穿过孔大小为1.2mm的#14筛孔的筛子做成颗粒。做好的颗粒被放入玻璃缸中，并加进0.2％(重量)的硬脂酸锌。硬脂酸锌在模压时起润滑作用。然后把玻璃缸放到滚子上翻滚10分钟以增进颗粒的流动性并与硬脂酸锌混合。B型这些颗粒的制备状态与A型完全相同，不同点是它们是在0.75t/cm2的压力下压制的。此后，颗粒被用如下方法压制成块试验1(现有技术)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生产陶瓷制品的方法，它包括的步骤有：做成颗粒材料坯；在其端部进行压制；以及将坯进行烧结；该方法的特征在于，在压制前所做的坯是用不同颗粒松密度的几层颗粒材料做成的。

【技术特征摘要】
GB 1994-12-16 9425474.51.一种生产陶瓷制品的方法，它包括的步骤有做成颗粒材料坯；在其端部进行压制；以及将坯进行烧结；该方法的特征在于，在压制前所做的坯是用不同颗粒松密度的几层颗粒材料做成的。2.权利要求1的方法，其中陶瓷制品包括基本上为圆柱体形的陶瓷块。3.权利要求2的方法，其中陶瓷块包括核燃料块，而颗粒材料包括核燃料材料。4.权利要求1、2或3的方法，其中颗粒材料坯是将颗粒材料的粉末或颗粒放入正圆形圆柱体形状的模具型腔中做成的。5.权利要求1至4之任一项的方法，其中所说的坯在压制前包括有若干不同密度的单独层。6.权利要求5的方法，其中各层之间的交...

【专利技术属性】
技术研发人员：AP布朗利，
申请(专利权)人：英国核子燃料公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]