[发明专利]一种SiC复合材料包壳管的端塞制备方法

说明书

本发明属于新型核包壳材料制造技术领域，具体涉及一种SiC复合材料包壳管的端塞制备方法。将SiC晶须按照总体积含量10％—30％与SiC粉末混合；将配比后的SiC晶须与SiC粉末放入三维混料罐中；将混合后的SiC晶须与SiC粉末放入石墨承压模具中；将石墨承压模具装入热压烧结炉中；热压烧结炉抽真空；通过上下冲头对石墨承压模具内的SiC晶须与SiC粉末加压；加热升温后保温，对石墨承压模具内的SiC晶须与SiC粉末进行烧结成型；保温结束后降至室温，去除石墨承压模具压力，去除热压烧结炉真空，取出石墨承压模具内烧结好的SiC复合材料包壳管的端塞。制备的SiC复合材料包壳管端塞相对密度达到96％以上，外形尺寸满足技术要求。

技术领域

本发明属于新型核包壳材料制造技术领域，具体涉及一种SiC复合材料包壳管的端塞制备方法。

背景技术

SiC陶瓷具有优异的高温性能、高硬度、耐腐蚀、低化学活性和低比重等优点，在高温结构材料领域得到了广泛的关注。连续碳化硅纤维增强碳化硅(SiC_f/SiC)复合材料具有伪塑性的断裂行为、对热中子的吸收率低和抗辐照性能，为其在核燃料元件领域的应用提供了可能性，成为极具潜力的第四代核反应堆包壳材料。相对于锆合金包壳，SiC/SiC燃料包壳具有以下优势：(1)SiC与水反应活性很低，即使遇到冷却剂丧失事故(LOCA)也不会发生爆炸；(2)SiC对热中子的吸收率更低，比相同壁厚的锆包壳低约25％，节约燃料；(3)熔点高(2730℃)，不会熔毁，可以提高反应堆运行温度，提高功率，核燃料燃烧更充分，大幅降低废料处理难度；(4)优异的高温强度和耐腐蚀性能，可以大幅延长包壳管服役周期，甚至与燃料同寿命。因此开展SiC复合材料包壳制备工艺的研究，对于提升燃料元件寿命、提高燃料燃耗以及增加反应堆运行经济效益有着重要的意义。

目前，美国、日本、法国等传统核电强国均在此领域开展研发，公开报道的信息大部分集中于包壳管制造方面，而燃料包壳管的端塞制备尚处于探索研究阶段，本发明结合包壳管的性能需求，研发了一种SiC复合材料包壳管的端塞制备方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种SiC复合材料包壳管的端塞制备方法，为全规格SiC复合材料包壳管的制备提供条件。

为达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：

一种SiC复合材料包壳管的端塞制备方法，

1)将SiC晶须按照总体积含量10％—30％与SiC粉末混合；

2)将配比后的SiC晶须与SiC粉末放入三维混料罐中；

3)将混合后的SiC晶须与SiC粉末放入石墨承压模具中；

4)将石墨承压模具装入热压烧结炉中；

5)热压烧结炉抽真空；

6)通过上下冲头对石墨承压模具内的SiC晶须与SiC粉末加压；

7)加热升温后保温，对石墨承压模具内的SiC晶须与SiC粉末进行烧结成型；

8)保温结束后降至室温，去除石墨承压模具压力，去除热压烧结炉真空，取出石墨承压模具内烧结好的SiC复合材料包壳管的端塞。

SiC晶须纯度99％、长径比15。

SiC粉末纯度99％、粒度5—20μm。

将配比后的SiC晶须与SiC粉末放入三维混料罐中混合2—4h。

热压烧结炉抽真空至10^-1Pa以后保持1—3h。

通过上下冲头对模具内的SiC晶须与SiC粉末加压至40—50MPa。

加热升温至1700℃后保温2—4h。

本发明所取得的有益效果为：