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采用差示量热分析(DSC)、热重-红外联用(TG-IR)研究了高温堆燃料元件基体材料在20℃～800℃的分解过程。采用热机械分析仪(TMA)对石墨球样品在20℃～800℃的受热过程中的尺寸变化进行了研究。其目的是为优化燃料元件的炭化工艺提高炭化效率提供理论依据。研究结果表明，基体材料在50～70 ℃的范围内发生相变，分解经过两个连续的放热过程，在该温度范围内石墨球样品经过了先膨胀后收缩的变化过程。根据热分析的结果，合理划分炭化升温区间，根据炭化实验优化出最佳的炭化升温制度，采用新的炭化升温制度炭化、纯化后的基体材料的性能完全满足燃料元件的设计要求，炭化效率提高了71％。