[發明專利]一種核反應堆用石墨材料的復合高溫抗氧化涂層及其制備方法

有效

• 申請號: 202010299210.0
• 申請日: 2020-04-16
• 公開（公告）號: CN113526983B
• 公開（公告）日: 2022-09-09
• 發明（設計）人: 楊輝;趙宏生;張凱紅;劉小雪;王桃葳;李自強;高原;劉兵;唐亞平
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: C04B41/89
• 分類號: C04B41/89
• 代理公司: 北京悅和知識產權代理有限公司 11714
• 代理人: 司麗春

本發明實施例涉及核應用技術領域，具體涉及一種核反應堆用石墨材料的復合高溫抗氧化涂層及其制備方法。所述制備方法包括：將Si粉、SiC粉、Al₂O₃粉和石墨粉混合，得到包埋粉料；將石墨樣品包埋于包埋粉料中，得到包埋處理樣品；將Ti粉、NaCl和KCl混合得到熔鹽粉料；將包埋處理樣品包埋于熔鹽粉料中，得到熔鹽處理樣品；洗滌，干燥，去除表面殘留粉體，即得；其中，包埋時的燒結氣氛為惰性氣氛，保溫時間≤2h；熔鹽燒結時溫度為700?1200℃，保溫時間≥2h。本發明將包埋法和熔鹽法結合，在核反應堆用石墨材料表面制備Ti₃SiC₂/SiC復合高溫抗氧化涂層；制備溫度低，復合涂層抗氧化能力強，其與石墨基體材料之間的結合強度高，形成的復合涂層晶粒尺寸內小外大。

技術領域

本發明涉及核應用技術領域，具體涉及一種核反應堆用石墨材料的復合高溫抗氧化涂層及其制備方法。

背景技術

石墨材料具有耐高溫、中子吸收截面小、化學性質穩定、高溫力學性能優異等突出優點，在核反應堆、航空航天、電子、機械等高溫領域的應用非常廣泛。而石墨材料最大的缺點就是在500℃以上極易與氧化性氣體發生反應而失效，對使用環境中的氧化性氣氛非常敏感，而炭纖維、石墨纖維、C/C復合材料等這一類新型炭材料也面臨著相同的問題。此外，由于工藝限制，在形狀不規則的石墨材料表面制備涂層時難度較高，這極大地限制了石墨材料的應用。

目前，關于C/C復合材料等新型炭材料的抗氧化涂層研究比較豐富。在所有已知的涂層體系中，SiC涂層由于與石墨的物理化學相容性好，熱膨脹系數比較接近，在石墨的抗氧化涂層中一般用作內部過渡層。此外，SiC涂層會在高氧分壓下形成一層致密、低揮發性、氧擴散速率極低的SiO₂膜，對提高基體石墨材料的抗氧化性能有比較顯著的效果，是理想的抗氧化涂層材料。

在SiC涂層制備方面，目前主要的制備方法有化學氣相沉積法、熱噴涂法、包埋法、熔鹽法、先驅體轉化法、漿料涂覆法等。

對于核反應堆用石墨材料表面抗氧化涂層的制備，現有的制備方法制得的涂層具有抗氧化性能較差，燒結溫度較高等問題。因此，核反應堆用石墨材料表面抗氧化涂層的制備方法有待進一步改進。

公開于該背景技術部分的信息僅僅旨在增加對本發明的總體背景的理解，而不應當被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已為本領域一般技術人員所公知的現有技術。

發明內容

發明目的

為解決上述技術問題，本發明的目的在于提供一種核反應堆用石墨材料的復合高溫抗氧化涂層及其制備方法。本發明實施例提供的核反應堆用石墨材料的復合高溫抗氧化涂層的制備方法，將包埋法和熔鹽法結合，在核反應堆用石墨材料表面制備了Ti₃SiC₂/SiC復合高溫抗氧化涂層；涂層的制備溫度低，且復合涂層從內到外分別為過渡層、SiC層和富Ti層，制備溫度低，制備的復合高溫抗氧化涂層抗氧化能力強；且復合涂層與石墨基體材料之間的結合強度更高；此外，通過控制包埋燒結的氣氛、保溫時間，以及熔鹽時的保溫時間，可形成晶粒尺寸內小外大的復合涂層。

解決方案

為實現本發明目的，本發明實施例提供了一種核反應堆用石墨材料的復合高溫抗氧化涂層的制備方法，所述制備方法包括下述步驟：

(1)將Si粉、SiC粉、Al₂O₃粉和石墨粉混合，得到包埋粉料；

(2)將石墨樣品包埋于步驟(1)得到的包埋粉料中，震實處理后，高溫燒結處理，得到包埋處理樣品；

(3)將Ti粉、NaCl和KCl混合，得到熔鹽粉料；