[發(fā)明專利]一種耐事故燃料核包殼管及制備方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201810851217.1
• 申請日: 2018-07-30
• 公開（公告）號: CN109020589A
• 公開（公告）日: 2018-12-18
• 發(fā)明（設計）人: 李曉強;秦海龍;劉傳歆;成來飛
• 申請（專利權）人: 西北工業(yè)大學
• 主分類號: C04B35/80
• 分類號: C04B35/80;C04B35/565;C04B35/622;C04B41/88;C04B41/87;C04B41/90;G21C3/06
• 代理公司: 西北工業(yè)大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

1.一種耐事故燃料核包殼管，其特征在于包括兩層SiC/SiC復合材料層和難熔金屬層，內管層和外管層為SiC/SiC復合材料層，兩層之間夾層為難熔金屬層構成三明治多層結構；所述SiC/SiC復合材料層的界面為熱解炭PyC界面；所述難熔金屬層材料為：Nb、Ta、W、Mo、Zr及其合金中的任意一種；所述內管層厚度0.2-0.5mm；所述難熔金屬層厚度50-200μm；所述外管層0.3-1mm。

2.根據(jù)權利要求1所述耐事故燃料核包殼管，其特征在于：兩層之間設有Al₂O₃緩沖層或PyC緩沖層。

3.根據(jù)權利要求2所述耐事故燃料核包殼管，其特征在于：所述緩沖層為氧化鋁Al₂O₃或熱解碳PyC。

4.一種制備權利要求1～3所述任一項耐事故燃料核包殼管的方法，其特征在于步驟如下：

步驟1：在空心石墨管上制備SiC纖維預制體，然后采用CVI工藝在SiC纖維預制體上制備熱解碳PyC界面，再采用CVI對進行SiC基體致密化；所述SiC/SiC復合材料內管層厚度0.2-0.5mm；

步驟2：在SiC/SiC復合材料內管層上，采用金屬有機化合物化學氣相沉積MOCVD、真空等離子噴涂VPS或磁控濺射工藝直接在內管層表面制備難熔金屬層；所述難熔金屬層厚度為50-200μm；

步驟3：采用編制工藝，在難熔金屬層外編制一層SiC纖維預制體，然后然后采用CVI工藝在SiC纖維預制體上制備熱解碳PyC界面，再采用CVI對進行SiC基體致密化；所述SiC/SiC復合材料外管層0.3-1mm；

步驟4：脫去空心石墨管，完成多層耐事故燃料核包殼管的制備。

5.根據(jù)權利要求4所述的方法，其特征在于：所述制備兩層之間的Al₂O₃緩沖層的方法為，打磨步驟1制備的SiC/SiC復合材料外表面或步驟2制備的難熔金屬層的表面，將材料放置于磁控濺射爐中，采用磁控濺射制備Al₂O₃緩沖層，工藝參數(shù)為：靶材采用單一Al₂O₃靶材，濺射溫度為300-600℃，濺射功率為80-110W，爐中氣壓為0.1-0.55Pa，濺射2-5h，制備50-100nm的Al₂O₃緩沖層。

6.根據(jù)權利要求4所述的方法，其特征在于：所述制備兩層之間的PyC緩沖層的方法為，打磨步驟1制備的SiC/SiC復合材料外表面或步驟2制備的難熔金屬層的表面，將材料懸掛于沉積爐中，采用CVD工藝沉積PyC緩沖層，沉積的工藝參數(shù)：先驅體氣源采用丙烯C₃H₆，沉積溫度為800-900℃，沉積壓力為2-5kPa，沉積10-20h，沉積50-100nm厚度的PyC緩沖層。

7.根據(jù)權利要求4所述方法，其特征在于：所述步驟1和步驟3的采用CVI工藝在SiC纖維預制體上制備熱解碳PyC界面的工藝為：將得到的SiC纖維預制體懸掛于真空爐配套試樣架上，預制體處于爐內等溫區(qū)中心位置，采用CVI工藝在上述SiC纖維上沉積PyC界面。沉積的工藝參數(shù)：先驅體氣源采用丙烯C₃H₆，沉積溫度為800-900℃，沉積壓力為2-5kPa，沉積20-50h，沉積100-300nm厚度的PyC界面。

8.根據(jù)權利要求4所述的方法，其特征在于：所述步驟1和步驟3采用CVI對進行SiC基體致密化的工藝為：沉積了PyC界面的預制體懸掛于沉積爐中，通入三氯甲基硅烷CH₃SiCl₃，MTS、氫氣H₂和稀釋氣體氬氣Ar，其中H₂和MTS的摩爾混合比為10：1；保持爐內壓力為2-5kPa，在900-1000℃溫度范圍內沉積SiC基體，沉積時間為150-400h。

9.根據(jù)權利要求4所述方法，其特征在于：所述步驟2的在內管層上制備難熔金屬層采用工藝：采用冷軋、熱軋或擠壓工藝制備與內管層尺寸匹配的難熔金屬管層，然后采用冷拉或熱拉工藝套在內管層外。