二維邊界。
圖18概括說明燒結(jié)設備210，該燒結(jié)設備包括激光器212、粉末分配器214和激光控制裝置216。更詳細地，粉末分配器214包括料斗220，該料斗用于接收粉末222并且具有出口 224。使出口 224定向以向目標區(qū)域226分配粉末，在圖18中一般通過限制結(jié)構(gòu)228來限定該目標區(qū)域。應預期和理解存在許多替代方式用以分配粉末222。依照本發(fā)明，粉末222包括一種、兩種或多種具有通式I的碳化物和/或氮化物的結(jié)合。
圖18中多少示意性地示出激光器212的部件，所述部件包括激光頭230、安全遮板232和前鏡組件234。使用的激光器類型取決于許多因素，并且特別地取決于要燒結(jié)的粉末222的類型。通常，激光器212的激光束輸出具有近紅外的波長。在脈沖或連續(xù)模式中，可以調(diào)節(jié)激光器212開啟或關(guān)閉以選擇性地產(chǎn)生激光束，所述激光束通常沿圖18中的箭頭所示的路徑行進。
為了聚焦激光束，沿如圖18中所示的激光束的行進路徑設置發(fā)散透鏡236和會聚透鏡238。放置在激光器212和會聚透鏡238之間的發(fā)散透鏡236產(chǎn)生介于發(fā)散透鏡236和激光器212之間的虛擬焦點。改變會聚透鏡238和虛擬焦點之間的距離允許沿著在會聚透鏡238遠離激光器212—側(cè)上的激光束行進路徑控制真實焦點。在光學領(lǐng)域中已有許多進展，并且應認識到許多替代方式可用于將激光束有效聚焦在已知位置。
激光控制裝置216包括計算機240和掃描系統(tǒng)242。在優(yōu)選的實施方案中，計算機240包括用來控制激光器212的微處理器和用于產(chǎn)生數(shù)據(jù)的CAD/CAM系統(tǒng)。在圖18中說明的實施方案中，使用個人計算機。
如圖18中所示，掃描系統(tǒng)242包括用于再定向激光束的行進路徑的棱鏡244。掃描系統(tǒng)242還包括一對鏡子246、247，它們受各自檢流計248、249驅(qū)動。函數(shù)發(fā)生器驅(qū)動器250控制檢流計248的移動使得可將激光束(由圖18中的箭頭表示)的瞄向控制在目標區(qū)域226中。驅(qū)動器250操作連接至圖18中所示的計算機240。將理解的是可利用替代性的掃描方法用作掃描系統(tǒng)242，包括聲-光掃描儀、旋轉(zhuǎn)多邊形鏡和諧振鏡掃描儀。
在圖19中，示意說明252的一部分并且其示出四個層254-257。如在266處以光柵掃描模式引導激光束212的瞄向。如本文中所用的，“瞄向”用作中性術(shù)語指示方向，但不暗示激光器212的調(diào)制狀態(tài)。根據(jù)本發(fā)明，層254可以包括第一種三元化合物粉末(具有通式I)，層255可以包括不同的第二種三元化合物粉末(具有通式I)，層256可以包括第一種化合物粉末以及層257可以包括不同的第二種三元化合物粉末。
將粉末222的第一部分沉積在目標區(qū)域226中并且通過激光束212選擇性地燒結(jié)以產(chǎn)生第一燒結(jié)層254(圖19)。第一燒結(jié)層254對應于期望柵格的第一橫截面區(qū)域。激光束選擇性地僅燒結(jié)限定邊界的范圍內(nèi)的沉積粉末222。逐層重復該過程，使各個層燒結(jié)在一起以產(chǎn)生緊密結(jié)合的柵格，例如圖19的部件252。
制品的尺寸通?？梢圆煌Ｔ谀承嵤┓桨钢?，柵格或柵格條帶的厚度(例如在燒結(jié)過程中的依次層)可以在約0.015英寸和約0.035英寸之間。該高度可以在約0.45英寸和約2.25英寸之間。寬度可以在約7英寸和約15英寸之間。
在某些實施方案中，可以使用定制模具壓印出根據(jù)本發(fā)明制造的柵格或柵格條帶以產(chǎn)生圖案，該圖案可用于組裝燃料柵格?？梢允褂帽绢I(lǐng)域已知的常規(guī)設備、技術(shù)和方法完成壓印(stamp)ο
此外，使用普通技術(shù)人員已知的常規(guī)設備、技術(shù)和方法通過焊接或釬焊可以將根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)的柵格條帶接合在一起。釬焊材料包括但不限于銅、銅-鋅、銅-鋅-鎳、鎳-鉻-磷、鎳-銀、和銀合金。此外，可以使用激光或電子束將柵格條帶熔合在一起。
雖然已經(jīng)詳細地描述了發(fā)明的具體實施方案，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是可以根據(jù)本公開的總體教導開發(fā)那些細節(jié)的各種修改和替代。因此，所公開的具體實施方案僅旨在是說明性的并且不限制本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的范圍由所述權(quán)利要求書以及它們的任何和所有等效方式的全部幅度給出。
【主權(quán)項】
1.一種用于核反應堆的燃料組件[110]，該燃料組件包含: 支承在下噴嘴[112]和上噴嘴[116]之間的多個伸長的核燃料棒[122]的平行、間隔的陣列，以及在上噴嘴[116]和下噴嘴[112]之間沿燃料棒[122]的軸向長度串聯(lián)設置的多個間隔柵格[120]，所述多個間隔柵格[120]或者其局部或部件是由包含一種或多種具有如下通式的三元化合物的組合物構(gòu)造: Mn+lAXn(I) 其中M是過渡金屬，A是選自化學周期表中A族元素的元素，X選自碳和氮，并且η是從I至3的整數(shù)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料組件[110]，其中M選自鈦、鋯和鈮。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料組件[110]，其中A選自鋁、娃和錫。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料組件[110]，其中所述一種或多種三元化合物選自Ti2AlC、Ti3AlC2、Ti4AlN3、Ti2SiC、Ti3SiC2、Ti3SnC2、Zr2AlC、Zr2TiC、Zr2SnC、Nb2SnC、Nb3SiC2、(ZrxNb1-X)2AlC,其中X大于零且小于I。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料組件[110]，其中M對A對X的摩爾比可以選自2:1:1、3:1:2和4:1:3。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料組件[110]，其中所述一種或多種三元化合物各自具有大于其理論密度的85%的密度。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料組件[110]，其中所述一種或多種三元化合物各自具有大于其理論密度的95%的密度。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料組件[110]，其中所述多個柵格[120]中的一個或多個具有印在表面上的圖案。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料組件[110]，其中所述多個間隔柵格[120]中的一個或多個具有附著到其上的部件，該部件選自柵格條帶[128，130]、整體式混流器[89]和它們的組入口 ο10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料組件[110]，其中該燃料組件[110]用于選自壓水反應堆、沸水反應堆和重水反應堆的水反應堆中。11.一種制備選自核反應堆燃料組件的支承柵格[120]、柵格條帶[128，130]和整體式混流器[89 ]的制品的方法，該方法包含: 以粉末形式獲取組合物，該組合物包含: 具有通式I的一種或多種三元化合物: Mn+lAXn(I) 其中M是過渡金屬，A是選自化學周期表中A族元素的元素，X選自碳和氮，并且η是從I至3的整數(shù)；以及 使該組合物經(jīng)受選自熱壓、添加劑制造技術(shù)、燒結(jié)、冷壓及其組合的過程。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述過程包括: 獲取包含第一種式I三元化合物的第一粉末組合物以及包含不同的第二種式I三元化合物的第二粉末組合物； 沉積第一粉末組合物[222]的第一部分到目標區(qū)域[226]上； 在目標區(qū)域[226 ]的表面上方掃描發(fā)射激光束[212 ]的定向能量源； 燒結(jié)對應于制品的第一橫截面區(qū)域的第一粉末組合物[222]部分的第一層[254]; 沉積第二粉末組合物的第二部分到第一燒結(jié)層[254]上； 在第一燒結(jié)層[254]上方掃描定向能量源[212]; 燒結(jié)對應于制品的第二橫截面區(qū)域的第二粉末組合物部分的第二層[255]; 在第二層[255]的燒結(jié)期間連接第一層和第二層[254，255];和沉積第一粉末組合物和第二粉末組合物的相繼交替部分到先前的燒結(jié)層上并且燒結(jié)各個相繼部分以產(chǎn)生在先前的燒結(jié)層處連接的相繼燒結(jié)層和包括多個燒結(jié)層的制品。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，進一步包含采用三維CAD文件，該CAD文件在數(shù)學上切分成二維截面。14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中生產(chǎn)的制品是柵格條帶[128，130]。15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中通過選自焊接、釬焊和熔合的工藝使一個或多個柵格條帶[128,130]連接在一起。16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中用于釬焊的材料選自銅、銅-鋅、銅-鋅-鎳、鎳_鉻-磷、鎳-銀、和銀合金。17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中使用激光或電子束進行熔合。18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中生產(chǎn)的制品是整個柵格結(jié)構(gòu)[120]。19.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述定向能量源是激光器。20.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中通過選自無壓燒結(jié)、熱壓及其組合的工藝生產(chǎn)柵格條帶[128,130]。
【專利摘要】本發(fā)明涉及核燃料組件柵格或柵格的局部或部件，例如柵格條帶和/或整體式混流器，其至少部分地由含一種或多種具有通式I的三元化合物的組合物構(gòu)成：Mn+1AXn，其中M是過渡金屬，A是選自化學周期表中A族元素的元素，X是碳或氮，并且n是從1至3的整數(shù)。本發(fā)明進一步涉及制造核燃料組件柵格或者柵格的局部或部件的方法，通過采用燒結(jié)過程來燒結(jié)粉末形式的含有一種或多種三元化合物的組合物使得產(chǎn)生的柵格或者柵格的局部或部件包括多個燒結(jié)層。
【IPC分類】G21C3/34
【公開號】CN105593944
【申請?zhí)枴緾N201480054448
【發(fā)明人】徐鵬, E·J·拉侯達
【申請人】西屋電氣有限責任公司
【公開日】2016年5月18日
【申請日】2014年8月15日
【公告號】US20150098546, WO2015050636A1