[发明专利]碳化硅陶瓷连接方法及碳化硅包壳

说明书

本发明公开了一种碳化硅陶瓷连接方法及碳化硅包壳，碳化硅陶瓷连接方法包括以下步骤：S1、以液态的聚碳硅烷作为前驱体，加入固化剂进行固化处理；S2、将固化后的聚碳硅烷进行加热预处理，形成前驱体粉体；S3、将所述前驱体粉体和有机溶剂混合制成浆料；S4、将所述浆料涂抹于相适配的SiC包壳管和端塞之间，形成三明治连接结构；S5、将所述三明治连接结构进行高温固化裂解处理，使所述浆料形成紧密连接在所述SiC包壳管和端塞之间的连接层。本发明的碳化硅陶瓷连接方法，实现SiC包壳与端塞在低温(≤1500℃)、无压下高强连接，无需加入填料，减小中间连接层气孔缺陷，提高形成的接头气密性；连接工艺简单，连接工艺对设备要求低，降低成本。

技术领域

本发明涉及核能材料技术领域，尤其涉及一种碳化硅陶瓷连接方法及碳化硅包壳。

背景技术

碳化硅(SiC)作为一种结构陶瓷材料，具有良好的力学性能、抗高温性能以及抗腐蚀等性能，同时又具备低中子吸收截面以及良好得抗中子辐照性能，因此，SiC在核能领域具有非常广泛的应用前景，在核反应堆中包壳材料的应用中尤其突出。然而，要实现SiC包壳材料在极端苛刻的高温、高辐照工作环境下的应用，需要保证SiC包壳与端塞连接处能够承受以上的极端工作环境的影响。

在现有SiC连接技术中，常用的连接方法主要有前驱体连接、纳米瞬时液相连接、钎焊连接、固相扩散连接、MAX相连接、玻璃连接、反应连接等。在以上连接方法中，因为异种连接材料的引入会在接头处产生较大的残余应力，同时还可能影响接头的抗高温、抗辐照以及抗腐蚀等性能。比如，金属相与SiC存在较大的热膨胀系数差异，会因为热膨胀系数错配而产生接头残余应力；而且，金属与SiC的反应副产物可能影响接头的综合性能。

经过分析发现，在以上连接方法中，只有前驱体连接、纳米瞬时液相连接和反应连接不存在异种材料连接。然而，对于纳米瞬时液相连接需要极高的连接温度(≥1800℃)和极大的连接压力(≥10MPa)，很难直接应用于SiC包壳连接。其中的反应连接则因为连接后接头存在8-10％残余硅，会极大地降低接头的抗高温和抗腐蚀等性能。唯有前驱体连接既可在低温(＜1500℃)、低压(＜1MPa)条件下实现连接，又能保证连接后接头具有良好的抗高温、抗腐蚀和抗中子辐照等性能，非常有望应用于SiC包壳连接，但是由于连接过程存在较大的体积收缩，使得连接层存在较多气孔，使得其连接强度不高，并且不利于SiC包壳的密封。在现有技术中，通过前驱体中添加填料，虽然可以抑制连接过程中收缩率，提高连接强度，但是填料的引入可能降低接头的抗高温、抗辐照等性能，降低接头的可靠性。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对上述现有技术存在的缺陷，提供一种连接强度高、工艺简单的碳化硅陶瓷连接方法及采用该方法连接形成的碳化硅包壳。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种碳化硅陶瓷连接方法，包括以下步骤：

S1、以液态的聚碳硅烷作为前驱体，加入固化剂进行固化处理；

S2、将固化后的聚碳硅烷进行加热预处理，形成前驱体粉体；

S3、将所述前驱体粉体和有机溶剂混合制成浆料；

S4、将所述浆料涂抹于相适配的SiC包壳管和端塞之间，形成三明治连接结构；

S5、将所述三明治连接结构进行高温固化裂解处理，使所述浆料形成紧密连接在所述SiC包壳管和端塞之间的连接层。

优选地，步骤S1中，所述聚碳硅烷的分子式为(-SiHCH₃-CH₂-)n，n为10-40；

所述聚碳硅烷的瓷产率为60-80％。

优选地，步骤S1中，所述固化剂包括过氧化二异丙苯和金属铂中至少一种。