付 豪，廖 宾，陈 煜

(中核建中核燃料元件有限公司，四川 宜宾 644000)

环形UO2芯块制备工艺属于核燃料循环中的陶瓷燃料芯块制造领域。相比于实心芯块，环形燃料具有内、外双层包壳，其表面积与体积的比值更大，且能够内外同时传热，具有更好的导热性[1]15-19，可提高堆芯功率20%～50%[2]35。环形燃料在技术性和安全性方面可行[3-4]，且其经济性也比实心燃料更具吸引力，是未来核电燃料发展的方向之一。为提高燃料组件的功率[5]285和导热效率，环形燃料芯块多为薄壁芯块。烧结变形会严重影响核燃料芯块的直径变化，芯块容易出现两端大、中间小的情况，直接影响磨削过程。对薄壁芯块而言，直径变形会影响到中心孔径，导致中心孔不同位置的尺寸出现差异。开展薄壁环形UO2芯块烧结变形，分析烧结变形的影响因素，并解决其对环形燃料芯块制备产生的影响，为环形燃料芯块的生产制备提供技术储备。

1 芯块烧结变形研究

1.1 生坯芯块烧结变形机理

在实心芯块成型过程中，由于粉末成型过程中生坯与阴模表面的磨擦，导致成型压力沿柱向从两端向中间逐渐降低。生坯密度与成型压力为正相关关系，生坯沿柱向的密度变化可表示为[1]201

(1)

式中：ρ0—端面处的生坯密度，g/cm3；ω—侧压力系数；f—生坯与模具的摩擦系数；l—柱面距离端面的距离，mm；Dm—阴模直径，mm；Dz—中心杆直径，mm；B—常数，取0.10。

如不考虑生坯密度对烧结芯块密度的影响，在烧结块柱向和径向收缩无明显差异的情况下，烧结块沿柱向的直径变化关系为