[發(fā)明專利]一種碳化硅復(fù)合材料燃料包殼與端塞的連接方法

在審

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• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112786224A
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 盧永恒;馮海寧;郭洪;王虹;康泰峰;劉建成;單宏祎;孟瑩;田廣豐;黃立功
• 申請（專利權(quán)）人: 中核北方核燃料元件有限公司
• 主分類號: G21C21/02
• 分類號: G21C21/02
• 代理公司: 核工業(yè)專利中心 11007
• 代理人: 呂巖甲

本發(fā)明屬于新型核包殼材料制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種碳化硅復(fù)合材料燃料包殼與端塞的連接方法。采用SiO₂、Al₂O₃和Y₂O₃共3種氧化物為原料，根據(jù)配比稱取原料，將其進(jìn)行混合球磨，通過擠壓成型的方法制備成小圓柱體。將這些圓柱放入坩堝中在高溫下進(jìn)行熱處理，為了實(shí)現(xiàn)熔體成分的均勻，樣品在高溫下保溫一段時間，然后將熔融的樣品放入水中淬火以得到玻璃體，將所制備的玻璃塊經(jīng)球磨后過150目篩得到所需要得釬料。本發(fā)明解決SiC復(fù)合材料包殼管的兩端密封問題，進(jìn)而為該包殼管的應(yīng)用提供條件。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于新型核包殼材料制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種碳化硅復(fù)合材料燃料包殼與端塞的連接方法。

背景技術(shù)

SiC被視為當(dāng)前輕水堆用核燃料包殼的主要候選材料，有望應(yīng)用于事故容錯燃料元件。SiC具有諸多優(yōu)點(diǎn)，如較小的中子吸收截面、良好的化學(xué)穩(wěn)定性、可經(jīng)受較高的燃料燃耗及高溫、非持續(xù)的輻照生長以及低的誘導(dǎo)活化性和衰變熱，且SiC在核廢物中可長期保持穩(wěn)定，從而為水冷反應(yīng)堆在失冷(LOCA)和其他潛在事故條件下提供了更好的安全性。近些年，特別是福島核事故后，國內(nèi)外針對SiC陶瓷復(fù)合材料包殼開展了大量研究工作，美國、日本、法國等傳統(tǒng)核電強(qiáng)國均在此領(lǐng)域開展研發(fā)，國內(nèi)中核集團(tuán)、中廣核集團(tuán)、國電投和西工大等單位均開展了該項課題研究，目前采用包殼管縮比小型樣品，已在工藝制備和性能方面取得了階段性進(jìn)展，SiC陶瓷復(fù)合材料包殼與端塞連接也是關(guān)鍵技術(shù)之一，目前尚處于工藝探索階段。

現(xiàn)有的碳化硅復(fù)合材料連接技術(shù)通常比較粗糙，大致包括釬焊、擴(kuò)散和擠壓幾種方式。

釬焊是較為常見的連接方式，即采用釬料將不同材料連接，但是加入釬料容易導(dǎo)致焊點(diǎn)區(qū)域不均勻，出現(xiàn)損傷。同時釬焊溫度低，高溫下可能導(dǎo)致管材連接區(qū)域的斷裂，無法保證其安全性。

擴(kuò)散采用金屬做夾層，均勻滲透，等待凝固后與母材連接。但是需要對碳化硅復(fù)合材料進(jìn)行外觀尺寸加工，可能導(dǎo)致材料結(jié)構(gòu)損壞。

擠壓變形需要良好的延展性，但是碳化硅材料延展性差，從而無法使用擠壓方式。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種碳化硅復(fù)合材料燃料包殼與端塞的連接方法，解決SiC復(fù)合材料包殼管的兩端密封問題，進(jìn)而為該包殼管的應(yīng)用提供條件。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案為：

一種碳化硅復(fù)合材料燃料包殼與端塞的連接方法，

步驟一：將SiO₂、Al₂O₃和Y₂O₃共3種氧化物進(jìn)行稱重配料；

步驟二：將混合好的SiO₂、Al₂O₃和Y₂O₃原料裝入球磨罐中，在行星式球磨機(jī)上進(jìn)行球磨；

步驟三：將球磨后的原料裝入不銹鋼模具中，在壓機(jī)上加壓成型，壓制成圓柱體；

步驟四：將壓制好的圓柱體放入石墨坩堝中，裝入高溫爐內(nèi)，升溫進(jìn)行反應(yīng)，保溫后取出迅速放入水中得到玻璃體；

步驟五：將所制備的玻璃體放入不銹鋼球磨罐中，在行星式球磨機(jī)上進(jìn)行球磨制粉；

步驟六：將球磨后的粉體進(jìn)行篩分，取過篩細(xì)粉得到所需要的釬料；

步驟七：將待連接的包殼管和端塞清洗烘干，將制備的釬料與無水乙醇充分混合；

步驟八：將混合乙醇的釬料均勻涂刷在待連接包殼管內(nèi)表面和端塞外表面，將包殼管和端塞嵌入組合；