溶胶-凝胶法制备掺钛UO2微球工艺和性能影响因素研究

王 辉，刘锦洪，尹荣才，李 佳，张 嘉，刘小龙，任 萌

中国核动力研究设计院 核燃料材料国家级重点实验室，四川 成都 610041

溶胶-凝胶法是材料制备湿法中常用的一种方法，由于溶胶-凝胶工艺简单，所得材料化学成分的均匀性、纯度及晶体结构良好，反应过程易于控制，烧结温度低，因此，近年来溶胶-凝胶法正日益受到重视，被广泛用来制造各种材料，如精细陶瓷材料[1]、高温超导材料[2]、薄膜材料[3-4]、电子材料[5]等。在陶瓷核燃料制造领域，随着环保意识的深入以及核反应堆型的发展，对所需核燃料的制备工艺和技术指标提出了更高的要求。30多年来，溶胶-凝胶法以其独特的优势，成为国内外制备球形UO2、PuO2、ThO2陶瓷燃料颗粒研究与开发的焦点。当前溶胶-凝胶工艺已被确认为制造陶瓷核燃料的先进工艺。内胶凝法是制备UO2微球较为经典和常用的方法，美国从20世纪60年代就进行了这方面的研究，到20世纪70年代末该工艺已经非常成熟。俄罗斯、德国、印度、日本等国家也对这种方法进行了大量的研究。

含钛UO2微球的制备所采用的制球工艺与纯UO2微球基本相同，仅有一些参数的改变。实验中发现含钛凝胶微球粘连严重；采用现有的烧结工艺，含钛UO2微球表面出现很多褶皱现象，而且烧结成块状面积较大。含钛微球金相分析试验中发现，传统认为的经典腐蚀剂H2SO4/H2O2(V(H2SO4)∶V(H2O2)=9∶1)不能很好的腐蚀出微球的晶界；如果不解决含钛微球金相腐蚀问题，那么微球的晶粒尺寸很难准确测量；同时也会影响后续SEM的测量结果，进而影响对含钛微球微观结构的观察与分析。……