本专利技术覆盖高温气冷堆技术领域,专注于一种高导热燃料元件的石墨基材粉及其制备技术与应用。所述石墨基材粉由高纯度天然石墨粉、针状焦粉和沥青组成,旨在提升燃料元件的热传导性能。
背景技术
根据所使用的燃料元件的不同,高温气冷堆可分为棱柱堆和球床堆,后者使用球形燃料元件,德国的AVR和THTR、中国的HTR-10和HTR-PM均使用球形燃料元件。它主要由直径约50mm的燃料区和5mm厚的无燃料外壳两部分组成,组分主要包括TRISO涂层燃料颗粒和基体石墨,其中基体石墨的质量和体积占比超过90%。由于基体石墨在燃料元件中承担了重要的传热作用,需要将二氧化铀颗粒放出的热量传导到氦气冷却剂,基体石墨的导热性能越好,越有利于燃料元件性能的发挥。因此,热导率是评价基体石墨是否合格的关键性能之一。
球床模块式高温气冷堆要求基体石墨在1000℃下的热导率应≥25W/mK。目前,制造球形燃料元件的基体石墨的原料由约64%的天然石墨粉、16%的人造石墨粉和20%的树脂粘结剂制成,也被称为A3-3基体石墨粉。其中,常用的树脂粘结剂为酚醛树脂,但酚醛树脂难以石墨化,导致基体石墨的热导率较低。而现有技术采用酚醛树脂作为粘结剂,主要原因是酚醛树脂能够达到足够的纯度,而其他粘结剂如煤沥青所含杂质过多,会影响基体石墨的纯度。A3-3基体石墨中的人造石墨粉一般由沥青焦制成,沥青焦为普通沥青焦,其微晶排列取向性低,故其热导率也低。
因此,现有技术中,基体石墨中的人造石墨和树脂粘结剂是制约基体石墨热导率进一步提高的主要瓶颈。
实现思路