[发明专利]一种耐事故燃料核包壳管及制备方法

权利要求书

1.一种耐事故燃料核包壳管，其特征在于包括两层SiC/SiC复合材料层和难熔金属层，内管层和外管层为SiC/SiC复合材料层，两层之间夹层为难熔金属层构成三明治多层结构；所述SiC/SiC复合材料层的界面为热解炭PyC界面；所述难熔金属层材料为：Nb、Ta、W、Mo、Zr及其合金中的任意一种；所述内管层厚度0.2-0.5mm；所述难熔金属层厚度50-200μm；所述外管层0.3-1mm。

2.根据权利要求1所述耐事故燃料核包壳管，其特征在于：两层之间设有Al₂O₃缓冲层或PyC缓冲层。

3.根据权利要求2所述耐事故燃料核包壳管，其特征在于：所述缓冲层为氧化铝Al₂O₃或热解碳PyC。

4.一种制备权利要求1～3所述任一项耐事故燃料核包壳管的方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：在空心石墨管上制备SiC纤维预制体，然后采用CVI工艺在SiC纤维预制体上制备热解碳PyC界面，再采用CVI对进行SiC基体致密化；所述SiC/SiC复合材料内管层厚度0.2-0.5mm；

步骤2：在SiC/SiC复合材料内管层上，采用金属有机化合物化学气相沉积MOCVD、真空等离子喷涂VPS或磁控溅射工艺直接在内管层表面制备难熔金属层；所述难熔金属层厚度为50-200μm；

步骤3：采用编制工艺，在难熔金属层外编制一层SiC纤维预制体，然后然后采用CVI工艺在SiC纤维预制体上制备热解碳PyC界面，再采用CVI对进行SiC基体致密化；所述SiC/SiC复合材料外管层0.3-1mm；

步骤4：脱去空心石墨管，完成多层耐事故燃料核包壳管的制备。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述制备两层之间的Al₂O₃缓冲层的方法为，打磨步骤1制备的SiC/SiC复合材料外表面或步骤2制备的难熔金属层的表面，将材料放置于磁控溅射炉中，采用磁控溅射制备Al₂O₃缓冲层，工艺参数为：靶材采用单一Al₂O₃靶材，溅射温度为300-600℃，溅射功率为80-110W，炉中气压为0.1-0.55Pa，溅射2-5h，制备50-100nm的Al₂O₃缓冲层。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述制备两层之间的PyC缓冲层的方法为，打磨步骤1制备的SiC/SiC复合材料外表面或步骤2制备的难熔金属层的表面，将材料悬挂于沉积炉中，采用CVD工艺沉积PyC缓冲层，沉积的工艺参数：先驱体气源采用丙烯C₃H₆，沉积温度为800-900℃，沉积压力为2-5kPa，沉积10-20h，沉积50-100nm厚度的PyC缓冲层。

7.根据权利要求4所述方法，其特征在于：所述步骤1和步骤3的采用CVI工艺在SiC纤维预制体上制备热解碳PyC界面的工艺为：将得到的SiC纤维预制体悬挂于真空炉配套试样架上，预制体处于炉内等温区中心位置，采用CVI工艺在上述SiC纤维上沉积PyC界面。沉积的工艺参数：先驱体气源采用丙烯C₃H₆，沉积温度为800-900℃，沉积压力为2-5kPa，沉积20-50h，沉积100-300nm厚度的PyC界面。

8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述步骤1和步骤3采用CVI对进行SiC基体致密化的工艺为：沉积了PyC界面的预制体悬挂于沉积炉中，通入三氯甲基硅烷CH₃SiCl₃，MTS、氢气H₂和稀释气体氩气Ar，其中H₂和MTS的摩尔混合比为10：1；保持炉内压力为2-5kPa，在900-1000℃温度范围内沉积SiC基体，沉积时间为150-400h。

9.根据权利要求4所述方法，其特征在于：所述步骤2的在内管层上制备难熔金属层采用工艺：采用冷轧、热轧或挤压工艺制备与内管层尺寸匹配的难熔金属管层，然后采用冷拉或热拉工艺套在内管层外。