一种UO2-W金属陶瓷球制备方法技术领域本发明涉及材料领域，具体地，涉及一种UO2-W金属陶瓷球制备方法。
背景技术：
UO2被广泛用于核材料，但热传导率在金属铀，碳化铀，氮化铀中是最低的。热传导率在核反应堆中是个重要的热物理性质，直接反映着反应堆燃料的性能。通过制备UO2-W金属陶瓷燃料可以使反应堆燃料在相对低的温度下运行，降低了燃料温度，减少了燃料核芯肿胀、减缓了核芯裂变产物的扩散、也减少了裂变产物的释放，甚至可以减少铀富集度，加深反应堆的燃耗、提高了经济性，延长了反应堆运行寿命。关于UO2-W金属陶瓷核燃料的报道很少，文献《Literaturereviewofthermalandradiationperformanceparametersforhigh-temperature,uraniumdioxidefueledcermetmaterials》介绍了UO2粉末弥散在金属钨基体中采用一定模具压制烧结而制备的金属陶瓷W-UO2燃料，文献《AfabricationtechniqueforaUO2pelletconsistingofUO2grainsandacontinuousWchannelonthegrainboundary》中介绍了通过ADU-UO2粉末与钨粉混合压制成芯块生坯经烧结、退火而制得金属钨在UO2晶界连续均匀分布的UO2-W陶瓷芯块，在同样的热传导率下，UO2-W燃料比W-UO2燃料添加的金属W更少，更有利于UO2燃料核性能；这两种方法都是通过粉末法制备金属陶瓷W-UO2和UO2-W燃料。而粉末法制备出来的燃料其中的金属钨在UO2晶界中的分布并不均匀，使得金属UO2-W的热传导率并不高。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是提供一种UO2-W金属陶瓷球制备方法，该方法制备UO2-W金属陶瓷球与金属陶瓷W-UO2芯块和UO2-W芯块制备工艺有很大不同，制备工艺难度大（例如如何制备完整不开裂的球、如何能够让金属钨均匀分布在UO2晶界中），制备出的金属陶瓷级UO2-W球直径为0.05～3mm，且金属钨均匀分布在UO2晶界，这种金属陶瓷级UO2-W球不会开裂，热传导率高。本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种金属陶瓷级UO2-W球的制备方法，其具体步骤如下：步骤1含钨溶胶的制备：在5℃下，按照偏钨酸铵/U质量比为0.10～0.156，尿素/U摩尔比为1：4比例将偏钨酸铵、缺硝酸铀酰溶液和尿素混合，搅拌均匀，然后按照HTMA（乌洛托品）/U的摩尔比为1：4的比例，在不断搅拌的情况下缓慢加入固体HTMA（乌洛托品），搅拌均匀至含钨溶胶液透明。步骤2分散胶凝：将含钨溶胶液通过压力排出，得到溶胶滴。溶胶滴经载带流载带，滴入装有加热的异辛醇（或石蜡油、四氯化碳CCl4）分散柱内在表面张力作用下成球，并在下降过程中胶凝，得到含钨凝胶球。为保证足够的胶凝时间，分散柱长度不低于2m，分散介质即异辛醇（或石蜡油、CCl4）应维持在65~80℃。步骤3洗涤：将含钨凝胶球用乙醇水溶液洗涤，乙醇洗液浓度为40%~60%（体积比），清洗时间为0.5~1h，洗涤三次。步骤4干燥煅烧：将含钨凝胶球放入高温烘箱里按程序升温，进行干燥煅烧，凝胶球完成脱水和有机物骨架脱除过程，并转化为UO3-WO3球。程序升温方式为室温到80℃升温时间60min~120min；80℃~150℃升温时间120min~150min；150℃~200℃升温时间90min~120min；200℃升温至350℃升温时间为120min~150min。步骤5还原烧结：将WO3-UO3球在烧结炉里氢气氛围1300～1400℃下经还原烧结40～60min，WO3-UO3球被还原成金属陶瓷级W-UO2球。实际上，烧结时间在40～60min内都可，60min最佳。步骤6退火：将金属陶瓷级W-UO2球在烧结炉里CO2气体氛围（1550～1600）℃下20～30min，金属陶瓷级W-UO2球的金属钨被CO2气体氧化成WO3，并液化进入陶瓷级UO2晶间（WO3熔点为1470℃），得到UO2-WO3球。步骤7还原：将步骤6制得的液化后的UO2-WO3球于烧结炉氢气氛围1500～1600℃下经还原烧结100～120min，得到金属钨均匀分布在陶瓷UO2晶界的金属陶瓷级UO2-W球。本发明的关键点在于如何将钨均匀分散在UO2中，本发明通过将在制备过程中的工艺严格控制，例如烧结温度不能超过1400℃，烧结时间不能超过60min，制备过程中不同气体氛围的切换等，能够保证钨能够均匀分散在在UO2中，同时制备得来的UO2-W金属陶瓷球不会因烧结过度而致密，保证了UO2-W金属陶瓷球不会开裂。综上，本发明的有益效果是：本发明通过含钨溶胶的制备、分散胶凝、洗涤、干燥煅烧、还原烧结、退火、还原得到了金属钨均匀分布在陶瓷UO2晶界的金属陶瓷级UO2-W球，这种方法制得的金属陶瓷级UO2-W球中的金属钨均匀分布在在陶瓷UO2晶界，比粉末法制得的金属陶瓷材料具有更好的热传导性。附图说明图1为W均匀分布在UO2晶体之间的金相图。具体实施方式下面结合实施例和附图，对本发明作进一步地的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。实施例1：一种金属陶瓷级UO2-W球的制备方法，具体包括以下步骤：步骤1含钨溶胶的制备：在5℃下，在20ml缺酸硝酸铀酰溶液（[U]=500g/L）中，添加35.3g尿素和1.0g偏钨酸铵，通过搅拌至固体完全溶解，然后在不断搅拌的情况下缓慢添加HTMA（乌洛托品）82.3g，直至含钨溶胶液透明。步骤2分散胶凝：将含钨溶胶液以0.07～0.1Mpa压力排出，溶胶通过直径为0.2mm、0.3mm的孔板分散，孔板振动而得到溶胶滴。溶胶流经到分散孔板通道应保持在5℃以下。溶胶滴经载带流载带，滴入装有加热的异辛醇分散柱或石蜡油分散柱内，溶胶滴在表面张力作用下成球，并在下降过程中胶凝，得到含钨凝胶球。为保证足够的胶凝时间，分散柱长度不低于2m，分散介质即异辛醇（或石蜡油）应维持在70~80℃。步骤3洗涤：将含钨凝胶球用乙醇水溶液洗涤，乙醇洗液浓度为40%~60%（体积比），清洗时间为0.5~1h，洗涤三次。步骤4干燥煅烧：将含钨凝胶球放入高温烘箱里进行干燥煅烧，凝胶球完成脱水和有机物骨架脱除过程，并转化为UO3-WO3球。程序升温方式为室温到80℃升温时间60min~120min；80℃~150℃升温时间120min~150min；150℃~200℃升温时间90min~120min；200℃升温至350℃升温时间为120min~150min。步骤5还原烧结：将WO3-UO3球在烧结炉里氢气氛围1300～1400℃下经还原烧结40～60min，WO3-UO3球被还原成金属陶瓷级W-UO2球。步骤6退火：将金属陶瓷级W-UO2球在烧结炉里CO2气体氛围（1550～1600）℃下20～30min，金属陶瓷级W-UO2球的金属钨被CO2气体氧化成WO3，并液化进入陶瓷级UO2晶间（WO3熔点为1470℃），得到UO2-WO3球。步骤7还原：将步骤6制得的液化后的UO2-WO3球于烧结炉氢气氛围1500～1600℃下经还原烧结100～120min，得到直径为0.05～0.5mm的金属钨均匀分布在陶瓷UO2晶界的金属陶瓷级UO2-6.1m%W球，其中W占金属陶瓷球质量分数为6.1%。实施例2步骤1添加偏钨酸铵为1.56g，其余同实施1；步骤2分散胶凝：将含钨溶胶液采用蠕动泵经过分散孔径为2mm、4mm、6mm的分散头得到一定尺寸的溶胶滴。溶胶流经到分散孔板通道应保持在5℃以下。溶胶滴经载带流载带，滴入装有加热的CCl4分散柱内在表面张力作用下成球，并在下降过程中胶凝，得到含钨凝胶球。为保证足够的胶凝时间，分散柱长度不低于2m，分散介质即CCl4，应维持在65~75℃；步骤3同实施1；步骤4同实施1；步骤5同实施1；步骤6同实施1；步骤7同实施1得到直径为0.6～3mm的金属钨均匀分布在陶瓷UO2晶界的金属陶瓷级UO2-9.4m%W球如图1，其中W占金属陶瓷球质量分数为9.4%。本发明制备出的金属陶瓷级UO2-W球和其他球的热传导率比较如表1所示：从上表可以看出，经本发明制备的金属陶瓷级UO2-W球的热传导率明显高于粉末法制备金属陶瓷W-UO2燃料。如上所述，可较好的实现本发明。