[發(fā)明專利]制造SiC復(fù)合陶瓷的工藝

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201780044075.1
• 申請(qǐng)日: 2017-08-17
• 公開（公告）號(hào): CN109496241B
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: E·J·拉侯達(dá)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西屋電氣有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): G21C3/07
• 分類號(hào): G21C3/07;C23C16/04;C23C16/32;C23C16/448;C04B35/565;C04B41/87;C04B41/45;C04B41/50
• 代理公司: 中國貿(mào)促會(huì)專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 11038
• 代理人: 王海寧

一種用于制造陶瓷復(fù)合物結(jié)構(gòu)的方法。該方法包括：圍繞至少一個(gè)形體的外表面纏繞陶瓷復(fù)合物纖維(22)。該方法進(jìn)一步包括將纏繞纖維(22)加熱到不大于第一溫度的溫度，在第一溫度下在第一容器(12)中用陶瓷復(fù)合物滲透纏繞纖維(22)中的空隙(24)，將滲透過的纏繞纖維從第一容器(12)轉(zhuǎn)移到不同于第一容器(12)的第二容器(14)，以及在第二容器(14)中在高于第一溫度的第二溫度下用陶瓷復(fù)合物涂覆所述滲透過的纏繞纖維。

關(guān)于政府權(quán)利的聲明

本發(fā)明是在能源部授予的合同號(hào)DE-NE0008222的政府支持下完成的。美國政府在本發(fā)明中享有一定權(quán)利。

發(fā)明背景

1.發(fā)明領(lǐng)域

本發(fā)明涉及SiC復(fù)合材料的制造，且更具體地涉及制造SiC復(fù)合物的燃料棒的方法。

2.現(xiàn)有技術(shù)的描述

在典型的核反應(yīng)堆中，反應(yīng)堆芯包括大量燃料組件，每個(gè)燃料組件是由容納燃料裂變材料的多個(gè)細(xì)長(zhǎng)燃料棒或類似元件構(gòu)成。燃料棒被包封在包殼中，該包殼充當(dāng)裂變材料的安全殼(containment)。示例性包殼材料包括例如鋯合金和陶瓷復(fù)合材料。美國專利US3,427,222、US 5,075,075和US 7,139,360中公開了示例性的Zr合金。由于在事故中燃料棒在高溫蒸汽環(huán)境中運(yùn)行，因此包殼受到腐蝕力。作為補(bǔ)救措施，燃料棒包殼被涂覆以防止外部腐蝕。已顯示含陶瓷的涂層材料具有期望的安全性能，例如碳化硅(SiC)。美國專利US 6,246,740、US 5,391,428、US 5,338,576、US 5,182,077以及美國專利申請(qǐng)公開2006/0039524,2007/0189952和2015/0078505中教導(dǎo)了實(shí)驗(yàn)陶瓷類型材料，例如SiC單塊、纖維及它們的組合，通過引用將它們的相關(guān)部分并入本文。

SiC復(fù)合材料通常為如下形式：在芯軸或SiC管上的SiC纖維的纏繞物或編織物以形成燃料棒包殼。然后用SiC顆粒滲透該SiC纖維纏繞物或編織物以填充纖維之中和纖維之間的空隙，然后使用化學(xué)氣相滲透(CVI)用SiC滲透。作為替代，可以僅使用低溫條件組(例如CVI中的那些條件)進(jìn)行滲透。在卷繞物的滲透之后，可以使用諸如化學(xué)氣相沉積(CVD)的較高溫度工藝涂覆滲透的纖維以形成阻擋涂層。為了避免過度操縱以及為了減少成本和制造時(shí)間，通常在單一容器或設(shè)備中順序地進(jìn)行CVI和CVD這兩個(gè)過程。然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在溫度從較低溫度的CVI過程變?yōu)檩^高溫度的CVD過程的時(shí)間期間，無定形材料沉積在SiC纖維之中和周圍，這對(duì)于CVI過程或CVD過程都不是最佳的。

發(fā)明概述

通過本文所述的改良方法解決了在同一容器中執(zhí)行CVI和CVD操作的常規(guī)方法所經(jīng)歷的問題。如本文更全面描述的，該方法將滲透過程和涂覆過程分離。在第一溫度下在第一容器中進(jìn)行滲透，以及在高于第一溫度的第二溫度下在第二容器中進(jìn)行涂覆。

本文描述了一種用于制造陶瓷復(fù)合物結(jié)構(gòu)的方法。各個(gè)方面的方法包括圍繞至少一個(gè)形體的外表面纏繞陶瓷復(fù)合物纖維，例如通過編織或卷繞，纏繞的纖維限定出在纏繞纖維之間的空隙。該方法還包括將纏繞纖維加熱到不大于第一溫度的溫度，在第一溫度下在第一容器中用陶瓷復(fù)合物滲透纏繞纖維中的空隙，將滲透過的纏繞纖維從第一容器轉(zhuǎn)移到不同于第一容器的第二容器，以及在第二容器中在高于第一溫度的第二溫度下用陶瓷復(fù)合物涂覆滲透的纏繞纖維。在各個(gè)方面，該方法可以進(jìn)一步包括：在用陶瓷復(fù)合物滲透纏繞纖維中的空隙之前，在單獨(dú)的容器中將界面涂層(例如碳或氮化硼)施加到加熱的纏繞纖維。