g UO 2粉末(89.9wt% )、10g Gd2O3粉末(10wt% )放入溶解槽中，往其加入一定量的去离子水，在快速搅拌条件下，加入适量的浓硝酸溶解，溶解25min后，滤出不溶物后，形成UO2(NO3)2和Gd (NO3)3的均匀混合溶液。
[0048]以Al2O3占所制备的可燃毒物的质量比例为0.lwt%计算，称取0.1g氧化铝放入烧杯中，往其加入一定量的去离子水，在快速搅拌条件下，加入适量的浓硝酸溶解后得到稳定的硝酸铝溶液。在快速搅拌的条件下将配制好的硝酸铝溶液缓慢滴入到UO2(NO3)2和Gd (NO3) 3的混合溶液中，并不断搅拌20min，形成均匀的UO 2 (NO3) 2、Gd (NO3) 3和Al (NO 3) 3混合溶液。
[0049]称取85g的分析纯固体碳酸铵放入烧杯中，往其加入去离子水并不断快速搅拌，配成饱和(NH4)2CO3溶液。
[0050]第二步:将UO2(NO3)2, Gd(NO3)3和Al (NO 3)3混合溶液加入到沉淀槽中，启动搅拌，加热到反应温度40°C，然后将饱和(NH4)2CO3溶液以7ml/min的速度滴加到沉淀槽中，调节混合溶液的pH值，使其保持在7左右，边滴边强力搅拌，使其充分反应，加料结束后再加入30ml的无水乙醇，一段时间后混合溶液沉淀反应完全，失去流动性。然后对沉淀物进行过滤得到滤饼，滤饼用无水乙醇洗涤3次后，在65°C下烘干20h得到前躯体粉末。
[0051]第三步，将干燥后的前躯体粉末于箱式炉中650°C保温3h，空冷后取出并研磨得到UO2-Gd2O3-Al2O3粉体。最后将干燥煅烧的粉体经压制成型后(成型压强为3.8ton/cm2，试样尺寸为:直径约为8mm、高度约为1mm的圆柱形压块)在真空度为3.5 X 10_3Pa、烧结温度为:1600 °C、保温时间为5h、升温速率为28 0C /min、烧结气氛为H2的条件下真空烧结得到致密的Al2O3掺杂U02-10wt% Gd2O3可燃毒物。
[0052]上述制得的可燃毒物的理论密度不低于95.8% T.D,晶粒尺寸为13.2 μ m，热导率为 0.050W/ (cm.°C ) ο
[0053]实施例2
[0054]采用与实施例1相同的方法制备Al2O3掺杂U02_10wt% Gd2O3可燃毒物，其与实施例I的区别在于:A1203占所述可燃毒物的含量为0.3wt%，对应称取氧化铝的量为0.30g，UO2粉末为89.7g而2粉末(89.7wt% )
[0055]上述制得的可燃毒物的理论密度不低于95.8% T.D,晶粒尺寸为15.0 μ m，热导率为 0.053W/ (cm.°C )。
[0056]实施例3
[0057]采用与实施例1相同的方法制备Al2O3掺杂U02_10wt% Gd2O3可燃毒物，其与实施例I的区别在于:A1203占所述可燃毒物的含量为0.4wt%，对应称取氧化铝的量为0.40g，UO2粉末为 89.6g UO 2粉末(89.6wt% ) ο
[0058]上述制得的可燃毒物的理论密度不低于95.8% T.D，晶粒尺寸为16.0 μ m，热导率为 0.055W/ (cm.°C )。
[0059]实施例4
[0060]采用与实施例1相同的方法制备UO2-1Owt % Gd2O3可燃毒物，其与实施例1的区别在于:所述可燃毒物中不含有αι203。
[0061]实施例5
[0062]采用与实施例1相同的方法制备Al2O3掺杂U02_10wt% Gd2O3可燃毒物，其与实施例I的区别在于:A1203占所述可燃毒物的含量为0.5wt%，对应称取氧化铝的量为0.50g，UO2粉末为 89.5g 而2粉末(89.5wt% ) ο
[0063]上述制得的可燃毒物的理论密度不低于10.54% T.D，晶粒尺寸为15.2 μπι，热导率为 0.054W/ (cm.°C )。
[0064]对制备得到的可燃毒物进行测试得到图1-2，分别为掺杂不同Al2O3含量的UO2-1Owt % Gd2O3可燃毒物的XRD衍射图谱以及烧结密度图。从图1可以看出，Al 203掺杂为0.4wt%时已经有微量Al2O3游离相析出，而Al 203掺杂超过0.4wt%时，Al 203游离相的析出随着Al2O3的掺杂量增加而愈加明显，因此，本申请选择掺杂Al 203含量为不超过0.4wt%。
[0065]参阅图2，可以看出，当掺杂的Al2O3含量为0.^^%时，可燃毒物的烧结密度相对于未掺杂的可燃毒物的烧结密度有明显增加，从10.42g/cm3增加至10.52g/cm3，具有显著性差异(P < 0.05)。掺杂的Al2O3含量继续增加至0.4?〖％时，可燃毒物的烧结密度达到最优，而后随着Al2O3含量的增加，可燃毒物的烧结密度呈下降趋势。因此，掺杂的Al2O3含量最佳选择0.4wt%，此时，可燃毒物的烧结密度为10.58g/cm3，相较于未掺杂的具有极显著性差异(P < 0.01)。
[0066]综上所述，本发明提供一种高氧化钆浓度的UO2-Gd2O3可燃毒物，且在该UO 2-Gd203可燃毒物中掺杂适量的Al2O3，使得高氧化钆浓度的UO2-Gd2O3可燃毒物仍能保持优良的烧结密度、晶粒尺寸和热导率。
[0067]如上所述，可较好的实现本发明。
[0068]以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。
【主权项】
1.一种Al 203掺杂U02-10wt% Gd2O3，其特征在于，由以下重量百分比的组分组成:Al2O3O-0.4wt% ；Gd2O31Owt % ;余量为 U02。
2.根据权利要求1所述的Al203掺杂UO 2-10wt% Gd2O3,其特征在于，所述Al2O3含量为0.1-0.4wt% ο
3.根据权利要求1所述的Al203掺杂UO 2-10wt% Gd2O3,其特征在于，所述Al2O3含量为0.3-0.4wt% ο
4.根据权利要求1所述的Al203掺杂UO 2-10wt% Gd2O3,其特征在于，所述Al2O3含量为0.4wt%。
5.一种制备如权利要求1至4中任一项所述的Al 203掺杂UO 2-10wt% Gd2O3的方法，其特征在于，包括以下步骤:1)UO2 (NO3)2, Gd (NO3) 3和 Al (NO 3) 3的混合溶液的制备: 将U308、Gd2O3的进行预烘干后， 按比例称取所述预烘干后的U3O8和Gd 203，经混合、溶解、过滤后得到的滤液即为UO2 (NO3) 2和Gd (NO 3) 3的混合溶液， 按Al2O3所占的比例称取适量的氧化铝，加水搅拌，用适量的浓硝酸溶解得到稳定的硝酸销溶液， 将制得的硝酸铝溶液溶入上述UO2 (NO3) 2和Gd (NO 3) 3的混合溶液中形成UO 2 (NO3) 2、Gd (NO3) 3和Al (NO 3) 3的混合溶液； 2)饱和(NH4)2CO3溶液的配制: 称取适量的碳酸铵，加水搅拌，配制成饱和(NH4)2CO3溶液； 3)沉淀反应: 取UO2 (NO3) 2、Gd (NO3) 3和Al (NO 3) 3的混合溶液，搅拌，加热至反应温度40_45°C，然后边加入饱和(NH4) 2C03溶液边搅拌，调节溶液的pH值保持在6.5-7.5，加料结束后再加入无水乙醇至混合溶液沉淀反应完全； 4)干燥煅烧: 将上述沉淀反应后得到的沉淀物进行过滤得到滤饼，滤饼洗涤后在65-70°C下烘干15-20h得到前躯体粉末，将前躯体粉末于650-700°C保温2.0-3.0h,冷却、研磨得到UO2-Gd2O3-Al2O3粉体； 5)真空烧结: 将上述干燥煅烧后的粉体经压制成型后，真空烧结得到Al2O3掺杂U02-10wt% Gd2O3可燃毒物。
6.根据权利要求5所述的Al203掺杂UO 2-10wt% Gd2O3的制备方法，其特征在于，所述I) UO2 (NO3)2, Gd (NO3) 3和Al (NO 3) 3的混合溶液的制备工序步骤如下: 将U3O8在350 °C下烘干2.5h，将Gd 203粉末在550 °C下烘干2h， 按比例称取所述预烘干后的U3O8和Gd 203，放入溶解槽中，加入适量的去离子水，搅拌过程中，加入适量的浓硝酸溶解，溶解25-30min，过滤后得到的滤液即为UO2 (NO3) 2和Gd (NO 3) 3的混合溶液， 按Al2O3所占的比例称取适量的氧化铝，加入适量去离子水，搅拌过程中，加入适量的浓硝酸溶解后得到稳定的硝酸铝溶液， 将配制的硝酸铝溶液边搅拌边加入到UO2 (NO3) 2和Gd (NO 3) 3的混合溶液中，搅拌20-25min，形成均匀的 UO2 (NO3) 2、Gd (NO3) 3和 Al (NO 3) 3的混合溶液。
7.根据权利要求5所述的Al203掺杂UO 2-10wt% Gd2O3的制备方法，其特征在于，所述3)沉淀反应的工序步骤如下: 将UO2 (NO3)2, Gd (NO3) 3和Al (NO 3) 3的混合溶液加入到沉淀槽中，搅拌，加热至反应温度40-45°C，然后将饱和(NH4)2CO3溶液以7_8ml/min的速度滴加到沉淀槽中，调节混合溶液的pH值，使其保持在6.5-7.5，边滴加边搅拌，使反应充分，加料结束后再加入适量的无水乙醇至混合溶液沉淀反应完全。
8.根据权利要求5所述的Al203掺杂UO 2-10wt% Gd2O3的制备方法，其特征在于，所述4)干燥煅烧的工序步骤如下: 将上述沉淀反应后得到的沉淀物进行过滤得到滤饼，滤饼用无水乙醇洗涤3-4次后，在65-70°C下烘干15-20h得到前躯体粉末，将前躯体粉末于650-700°C保温2.0-3.0h，冷却、研磨得到UO2-Gd2O3-Al2O3粉体。
9.根据权利要求5所述的Al203掺杂UO 2-10wt% Gd2O3的制备方法，其特征在于，所述5)真空烧结的工艺条件为:烧结温度为1550°C-1650°C、保温时间为5.0-6.0h、升温速率为280C /min、真空度为KT2-KT3Pa'烧结气氛为H2。
【专利摘要】本发明公开了一种Al2O3掺杂UO2-10wt%Gd2O3可燃毒物及其制备方法。所述Al2O3掺杂UO2-10wt%Gd2O3，由以下重量百分比的组分组成：Al2O3 0-0.4wt%；Gd2O3 10wt%；余量为UO2。本发明还提供一种用于制备上述可燃毒物的方法，该方法工艺简单，成本低且制得的可燃毒物具有优良的晶粒尺寸、烧结密度及热导率。本发明通过在UO2-10wt%Gd2O3可燃毒物中掺杂Al2O3，使得提高氧化钆浓度的可燃毒物仍具有优良的烧结密度、晶粒尺寸和热导率。
【IPC分类】G21C21-18, G21C7-04
【公开号】CN104821187
【申请号】CN201510106192
【发明人】王辉, 潘小强, 黄华伟, 解怀英, 尹昌耕, 邱绍宇
【申请人】中国核动力研究设计院
【公开日】2015年8月5日
【申请日】2015年3月11日