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3D打印结合化学气相渗透:橡树岭发明碳化硅燃料堆芯新工艺
2020年05月19日 发布 分类:技术前沿 点击量:107
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美国橡树岭国家实验室(ORNL)是全球公认,对核工业中包括燃料颗粒制造和初步辐射做了大量工作的开发机构。ORNL发明了一种利用3D打印结合化学气相渗透(CVI)的新工艺,用于制备高纯度碳化硅结晶材料,以此为基体的含氮化铀(TRISO)燃料颗粒,已被证明优于传统堆芯燃料。

 

橡树岭实验室展示新工艺快速生产反应堆堆芯原型的能力

这项新工艺的发明源于ORNL 2019年启动的(Transformational Challenge ReactorTCR)计划,目的在于开发新型反应堆替代传统反应堆。初步目标是在2023年之前设计制造并运行一个微型反应堆。

核反应堆的核心即动力源,包括一个由304H不锈钢工艺制成的容器,及其内部的高浓度低浓铀燃料(HALEU)颗粒。“TRISO颗粒嵌入碳化硅基体中,是因为碳化硅是一种优异的难熔高温材料,在蒸汽环境下仍具有很强的惰性,不被氧化。”有别于核反应堆的其他组件,商用3D打印即可满足,燃料堆芯需要采用ORNL这项工艺。

3D打印的意义除了便于制备复杂形状的部件,这些复杂古怪的形状可以提升部件的传热性等等特性,更关键的是可以将传感器嵌入关键结构,便于实时监控反应堆的工况,增强诊断评估效果,并减少运营维护成本。

 

化学气相渗透是将一种或几种气体化合物经高温分解、化合之后沉积在多孔介质内部,使材料致密化。主要用于制备各种高温陶瓷基复合材料,尤其是以碳化物、氮化物为基的材料。由CVI制备的先进陶瓷基体纯净,致密且连续,具有高模量和强度。

粉体圈 整理

 

 


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