燃料芯块成型装置的制作方法

1.本实用新型涉及燃料芯块制备领域，特别是涉及燃料芯块成型装置。


背景技术：

2.随着核电技术的发展，燃料芯块烧结制备的相关技术成为了研究的重点，目前燃料芯块种类主要包括uo2芯块，陶瓷基体惰性弥散(imdp)燃料芯块、全陶瓷包覆(fcm)燃料芯块等，以上不同种类的燃料芯块可通过无压烧结炉、放电等离子烧结炉等进行制备。
3.传统燃料芯块烧结制备方法中，对于无压烧结工艺，无法实现imdp、fcm等燃料芯块中sic、zrc等难烧结材料的致密化，因此，通常只有采用放电等离子烧结工艺进行致密化制备。然而，针对小尺寸(直径为0-10mm)的燃料芯块，在等离子烧结工艺中，往往受到设备最小机械加载限制，很难直接用于以上小尺寸燃料芯块的制备，并且不利于更小尺寸燃料芯块的制备研究。
4.因此，目前的燃料芯块烧结制备方式及装置，燃料芯块制备过程难以保证较高的致密度。


技术实现要素：

5.基于此，有必要针对目前的燃料芯块烧结制备方式及装置，对于小尺寸燃料芯块制备过程难以保证较高的致密度的问题，提供一种燃料芯块成型装置。
6.本技术一实施例提供一种燃料芯块成型装置，包括：
7.凹模，设有至少一个上下贯通的加料孔；
8.上凸模，包括上底座和上顶杆，所述上顶杆与所述上底座连接，所述上顶杆位于所述上底座的下侧；所述上凸模位于所述凹模的上侧；
9.下凸模，包括下底座和下顶杆，所述下顶杆与所述下底座连接，所述下顶杆位于所述下底座的上侧；所述下凸模位于所述凹模的下侧；以及
10.加压部，所述加压部用于对所述上凸模和/或所述下凸模加压，以使所述上顶杆与所述下顶杆对待成型原料的压力保持在预定范围内。
11.在一实施例中，所述加压部为驱动件，用于驱动所述上凸模和/或所述下凸模运动，以使所述上顶杆与所述下顶杆在所述加料孔内做相对靠近的运动。
12.在一实施例中，所述加压部为介质加压仪器。
13.在一实施例中，所述凹模开设有测温孔；
14.所述上底座开设有上避让孔，所述上避让孔为通孔，且所述上避让孔的位置与所述测温孔的位置对应；和/或，所述下底座开设有下避让孔，所述下避让孔为通孔，且所述下避让孔的位置与所述测温孔的位置对应。
15.在一实施例中，所述加料孔的数量为多个，所述加料孔、所述上顶杆、所述下顶杆一一对应；多个所述加料孔围绕所述测温孔依次排列。
16.在一实施例中，所述加料孔的数量为多个，所述加料孔、所述上顶杆、所述下顶杆
一一对应。
17.在一实施例中，多个所述加料孔呈矩阵排列或圆周排列。
18.在一实施例中，多个所述加料孔的形状包括圆形、方形、六边形中至少一种及以上。
19.在一实施例中，还包括烧结炉，所述烧结炉为放电等离子烧结炉、热压炉、无压烧结炉中的一种。
20.在一实施例中，所述加料孔的内径为0-10mm。
21.上述的燃料芯块成型装置用于将待成型原料加工为燃料芯块时，将待成型原料置于加料孔内，并将上顶杆与下顶杆对应插入加料孔，随后利用加压部使上顶杆与下顶杆对待成型原料的压力保持在预定范围内，从而能够在一定压力范围内进行燃料芯块的烧结，因此可以保证所得燃料芯块达到95％以上的致密度。
附图说明
22.图1为一实施例的燃料芯块成型装置中的结构示意图；
23.图2图1中的燃料芯块成型装置的半剖图；
24.附图标号：
25.100-燃料芯块成型装置；
26.110-凹模；111-加料孔；112-测温孔；
27.120-上凸模；121-上底座；122-上顶杆；123-上避让孔；
28.130-下凸模；131-下底座；132-下顶杆。
具体实施方式
29.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。
30.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
31.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
32.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是
机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
33.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
34.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
35.参阅图1，本实用新型一实施例提供了燃料芯块成型装置100，包括：凹模110、上凸模120、下凸模130以及加压部。
36.凹模110设有至少一个上下贯通的加料孔111。
37.上凸模120包括上底座121和上顶杆122，上顶杆122与上底座121连接，上顶杆122位于上底座121的下侧。上凸模120位于凹模110的上侧。
38.下凸模130包括下底座131和下顶杆132，下顶杆132与下底座131连接，下顶杆132位于下底座131的上侧。下凸模130位于凹模110的下侧。
39.加压部用于对上凸模120和/或下凸模130加压，以使上顶杆122与下顶杆132对待成型原料的压力保持在预定范围内。
40.上述的燃料芯块成型装置100用于将待成型原料加工为燃料芯块时，将待成型原料置于加料孔111内，并将上顶杆122与下顶杆132对应插入加料孔111，随后利用加压部使上顶杆122与下顶杆132对待成型原料的压力保持在预定范围内，从而能够在一定压力范围内进行燃料芯块的烧结，因此可以保证所得燃料芯块具有较高的致密度。
41.在一实施例中，预定范围为10-100mpa。
42.在一实施例中，可以固定上凸模120，通过加压部对下凸模130加压。
43.在一实施例中，可以固定下凸模130，通过加压部对上凸模120加压。
44.在一实施例中，加压部可以对上凸模120与下凸模130同时施加相同的压力。
45.在一实施例中，加压部为驱动件，用于驱动上凸模120和/或下凸模130运动，以使上顶杆122与下顶杆132在加料孔111内做相对靠近的运动，随后驱动件停止运动，使得上顶杆122与下顶杆132在加料孔111内固定，从而加料孔111内上顶杆122与下顶杆132对待成型原料的压力达到预定范围，完成预压。随后在燃料芯块烧结过程中，使用驱动件控制上顶杆122与下顶杆132在加料孔111内固定不动，从而使得加料孔111内的待成型原料在一定压力范围内烧结，可以降低操作难度，提高预压效率，控制烧结压力。
46.在一实施例中，可以固定上凸模120，驱动件驱动下凸模130向上运动，从而使下顶杆132靠近上顶杆122运动，然后驱动件停止驱动，使得下顶杆132保持固定，进而使得加料孔111内压力达到预定范围，完成预压。
47.在一实施例中，可以固定下凸模130，驱动件驱动上凸模120向下运动，从而使上顶杆122靠近下顶杆132运动，然后驱动件停止驱动，使得上顶杆122保持固定，进而使得加料孔111内压力达到预定范围，完成预压。
48.在一实施例中，驱动件驱动上凸模120与下凸模130相向运动，从而使下顶杆132靠近上顶杆122运动，然后驱动件停止驱动，使得上顶杆122与下顶杆132保持固定，进而使得加料孔111内压力达到预定范围，完成预压。可以理解的事，在这种情况下，保压过程对待成型芯块的压制更加充分，从而能够保证制得的燃料芯块致密度更高。
49.在一实施例中，驱动件为气缸。可以理解，驱动件为气缸时，可以实现快速预压，并且操作简单，在相同尺寸的芯块压制流水线中较为适用。
50.在一实施例中，驱动件为电机。可以理解，驱动件为电机时，对上凸模120与下凸模130进行预压过程中，上顶杆122与下顶杆132运动速度更加稳定，保压过程中，上顶杆122与下顶杆132位置控制更加精确。
51.在一实施例中，加压部为介质加压仪器。可以理解，在这种情况下，压制时待成型原料各个方向能够均匀受压，没有钢模压制时粉末与模壁的摩擦，因而能够实现均匀的成型，并且相较模压成型制得的燃料芯块致密度更高。
52.在一实施例中，凹模110开设有测温孔112。上底座121开设有上避让孔123，上避让孔123为通孔，且上避让孔123的位置与测温孔112的位置对应。可以理解的是，测温设备的接线可以穿过上避让孔123进入测温孔112与测温孔112内的测温传感器连接，从而进行温度监测。
53.在一个实施例中，所述测温设备包括高温红外测温仪和低温热电偶测温仪中一种或多种
54.在一个实施例中，测温孔112可以是通孔。
55.在一个实施例中，测温孔112可以是盲孔，开设在凹模110的上侧。
56.在一实施例中，凹模110开设有测温孔112。下底座131开设有下避让孔(图未示)，下避让孔为通孔，且下避让孔的位置与测温孔112的位置对应。测温设备的接线可以穿过下避让孔进入测温孔112与测温孔112内的测温传感器连接，从而进行温度监测。
57.在一个实施例中，测温孔112可以是通孔。
58.在一个实施例中，测温孔112可以是盲孔，开设在凹模110的下侧。
59.在一实施例中，凹模110开设有测温孔112。上底座121开设有上避让孔123，上避让孔123为通孔，且上避让孔123的位置与测温孔112的位置对应。下底座131开设有下避让孔，下避让孔为通孔，且下避让孔的位置与测温孔112的位置对应。由于上底座121开设有上避让孔123，下底座131开设有下避让孔，因此可以对凹模110的上下两部分进行测温，进一步提高测温准确性。
60.在一个实施例中，测温孔112可以是通孔。
61.在一个实施例中，测温孔112可以是两个盲孔，一个开设在凹模110的上侧，另一个开设在凹模110的下侧。
62.在一实施例中，加料孔111的数量为多个，加料孔111、上顶杆122、下顶杆132一一对应。多个加料孔111围绕测温孔112依次排列。可以理解的是，当加料孔111围绕测温孔112依次排列时，该测温孔112中心与加料孔111中心的距离相近或相等，可以保证测温孔112测
得的温度能够反应多个加料孔111的烧结温度。
63.在一实施例中，上顶杆122和下顶杆132的内径均比对应的加料孔111的内径小0.1-1.0mm，以使上顶杆122和下顶杆132可以插入加料孔111，从而控制加料孔111内部压力。
64.在一实施例中，加料孔111的数量为多个，加料孔111、上顶杆122、下顶杆132一一对应，该燃料芯块成型装置100的设计，可实现多个燃料芯块的同时制备。
65.在一实施例中，上凸模120中多个上顶杆122的长度和截面尺寸均一致，下凸模130中下顶杆132的长度和截面尺寸均一致，可以理解的是，这种情况下，该燃料芯块成型装置100可保证燃料芯块粉体加压过程的稳定性，保证燃料芯块烧结过程承受载荷和温度的均匀性，实现相同轴向尺寸燃料芯块的批量烧结制备。
66.在一实施例中，上凸模120中多个上顶杆122的长度和截面尺寸不一致，下凸模130中下顶杆132的长度和截面尺寸不一致，可以理解，这种情况下，可实现不同轴向尺寸燃料芯块的同时烧结制备。
67.在其他实施例中，加料孔111的数量是一个。
68.在一实施例中，多个加料孔111呈矩阵排列或圆周排列，该设计提高燃料芯块烧结时的均温性。
69.在一实施例中，多个加料孔111的形状包括圆形、方形、六边形中至少一种及以上，该设计可以进行不同径向剖面形状的燃料芯块烧结制备，在相同烧结情况下，对比不同径向剖面形状的燃料芯块的使用性能。
70.在一实施例中，燃料芯块成型装置还包括烧结炉(图未示)，烧结炉为放电等离子烧结炉、热压炉、无压烧结炉中的一种，这种设计可以提高温度均匀性，有利于提高燃料芯块制备良品率。
71.在一实施例中，加料孔111的内径为0-10mm，该设计可实现小尺寸(直径为0-10mm)的燃料芯块的烧结制备。
72.在其他实施例中，燃料芯块成型装置100的尺寸可等比例放大和缩小，加料孔111的内径也可以大于10mm，以实现较大尺寸，不同轴向长度的燃料芯块制备。
73.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
74.以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。