[发明专利]金属增强碳化硅包壳管及其制造方法

说明书

本发明公开了一种金属增强碳化硅包壳管及其制造方法，金属增强碳化硅包壳管的制造方法包括以下步骤：S1、分别获得金属内管和SiC_f/SiC复合管；S2、将所述金属内管插入所述SiC_f/SiC复合管内；S3、对所述金属内管进行塑性变形处理，使所述金属内管与所述SiC_f/SiC复合管紧密贴合，形成金属增强碳化硅包壳管。本发明通过在SiC_f/SiC复合管内设置致密性高的金属内管，获得双层结构的包壳管，提高包壳管的气密性，降低裂变气体释放风险；以塑性变形方式实现金属内管和SiC_f/SiC复合管的紧密贴合，有效减少金属内管与SiC界面副产物的产生，提高包壳可靠性。

技术领域

本发明涉及核燃料元件技术领域，尤其涉及一种金属增强碳化硅包壳管及其制造方法。

背景技术

碳化硅(SiC)具有高熔点、耐腐蚀、抗中子辐照、低中子吸收截面以及高温下与水反应产氢率低等特点，为了解决SiC固有脆性，可通过SiC纤维增强型SiC(SiCf/SiC)复合材料提高其韧性，因此，SiCf/SiC复合包壳有望取代现有Zr合金的新型包壳材料。

目前，SiC包壳材料制备方案为SiC纤维编织层与SiC单质层复合，主要包括SiC纤维编织层与外层SiC单质层复合的两层设计以及SiC纤维编织层与内外SiC单质层复合的三层结构设计，或者在以上设计基础上进一步在外层进行金属涂层。

具体地，SiC复合包壳的制备方法包括纳米浸渍瞬时液相(NITE)法、化学气相渗透(CVI)法、前驱体浸渍裂解(PIP)法以及反应浸渗(RI)法等，其中NITE法受到工艺限制，无法制备得到性能符合要求的米级SiC包壳材料；RI法制备得到的SiC复合包壳存在大量的残留Si，无法满足SiC包壳苛刻的服役要求；CVI法和PIP法制备的SiC复合包壳内部存在大量的孔洞缺陷。

为了解决以上问题，现有技术中采用在金属Zr管外部进行SiCf/SiC的复合，并且具有中间碳化硅界面层，而且需要在高温下完成制备，高温条件下将加剧SiC与Zr之间相互反应，对Zr管容易产生侵蚀，并且SiC与Zr界面层容易产生脆性副产物，从而降低其可靠性。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种可靠性高的金属增强碳化硅包壳管及其制造方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种金属增强碳化硅包壳管的制造方法，包括以下步骤：

S1、分别获得金属内管和SiC_f/SiC复合管；

S2、将所述金属内管插入所述SiC_f/SiC复合管内；

S3、对所述金属内管进行塑性变形处理，使所述金属内管与所述SiC_f/SiC复合管紧密贴合，形成金属增强碳化硅包壳管。

优选地，步骤S3中，所述塑性变形处理采用锥形模具涨环、内压扩径、拉拔成型方法中至少一种。

优选地，所述塑性变形处理的环境温度为500℃-800℃。

优选地，步骤S1中，所述SiC_f/SiC复合管采用NITE工艺、CVI工艺、PIP工艺、RI工艺中至少一种制成。

优选地，所述金属内管的内径为7.4mm-7.9mm，外径为8.0mm-9.0mm；

所述SiC_f/SiC复合管的内径为8.1mm-9.1mm，外径为9.5mm-10.0mm。

优选地，所述金属内管采用锆、铌、铁铬铝、不锈钢中至少一种制成。

优选地，所述SiCf/SiC复合管包括SiC纤维编织层、复合在所述SiC纤维编织层外侧的SiC单质外层。