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    一種鋰冷空間核反應堆用包殼管及其制備方法技術
    
                            
    技術編號：44495137 閱讀：3 留言：0更新日期：2025-03-04 18:01
    
                        
    
                        
    
                            
                            本發明專利技術公開了一種鋰冷空間核反應堆用包殼管及其制備方法，屬于包殼管結構技術領域，所述包殼管從內至外依次由第一層W?Re合金層、第一層WSi<subgt;2</subgt;涂層、SiC<subgt;f</subgt;/SiC復合材料層、第二層WSi<subgt;2</subgt;涂層和第二層W?Re合金層疊合構成夾層結構。本發明專利技術顯著提高了包殼管的氣密性和耐腐蝕性能，實現鋰冷空間核反應堆用包殼管強韌性、輕量化、耐腐蝕、密封性等性能兼顧。
    
                            
                            
    


    
                            

                            
    【技術實現步驟摘要】
    
                                
    本專利技術屬于包殼管結構，尤其涉及一種鋰冷空間核反應堆用包殼管及其制備方法。

    技術介紹
    1、sicf/sic復合材料因其卓越的高溫穩定性、抗腐蝕性、高強度和高模量等特性，被認為是未來核反應堆中核燃料包殼管的理想材料。sicf/sic復合材料良好的熱導性對于需要快速傳遞熱量的核反應堆系統來說是非常重要的，通過有效的熱量管理，可以防止核反應堆過熱，確保其正常運行。sicf/sic復合材料的電絕緣性可以防止需要防止電流泄露的核反應堆電流泄露，確保系統安全進行，這使sicf/sic復合材料在核能的防護領域也有著廣闊的應用前景，現該材料已成為核燃料元件和核反應堆控制棒包覆的理想候選材料。
    2、然而，核包殼管用sicf/sic復合材料面臨著氣密性差的技術瓶頸問題，且核燃料包覆材料是阻擋輻射產物擴散的第一道屏障，單純的sicf/sic復合材料不適合直接作為核燃料包殼。
    3、目前在國內，在關于提高sicf/sic復合材料的氣密性方面有著相關研究。例如：授權公告號為cn114057501b的中國專利公開了一種高致密抗沖刷陶瓷基復合材料及其制備方法，通過在基體致密化過程中增加高溫開孔處理步驟，然后在致密化基體上涂制超高溫陶瓷涂層，從而提升了陶瓷基復合材料的致密度和耐溫等級，進而提高了材料的抗沖刷和耐燒蝕性能。但是該制作工藝復雜，且目前鋰冷空間堆的設計溫度很高，高達1546k及以上，鋰和鈾為一種活潑金屬，陶瓷基復合材料在高溫下與鋰或者鈾接觸時，容易發生反應，導致材料性能下降。

    技術實現思路</p>
    1、本專利技術所要解決的技術問題是，克服以上
    技術介紹
    中提到的不足和缺陷，提供一種鋰冷空間核反應堆用包殼管及其制備方法，以提高氣密性和耐腐蝕性能。
    2、為解決上述技術問題，本專利技術提出的技術方案為：
    3、一種鋰冷空間核反應堆用包殼管，所述包殼管從內至外依次由第一層w-re合金層、第一層wsi2涂層、sicf/sic復合材料層、第二層wsi2涂層和第二層w-re合金層疊合構成夾層結構。
    4、作為進一步的改進，所述w-re合金中錸的質量分數為20-30%。
    5、作為進一步的改進，所述第一層w-re合金層和第二層w-re合金層厚度分別為0.015-0.02mm和0.02-0.04mm；所述sicf/sic復合材料層厚度為0.01-0.03mm。
    6、作為進一步的改進，所述第一層wsi2涂層和第二層wsi2涂層厚度分別為0.01-0.02mm和0.02-0.03mm。
    7、本專利技術還提供一種所述鋰冷空間核反應堆用包殼管的制備方法，包括如下的步驟：
    8、s1.?制備w-re合金薄壁管，形成第一層w-re合金層；
    9、s2.?在w-re合金薄壁管外表面制備wsi2涂層，形成第一層wsi2涂層；
    10、s3.?在第一層wsi2涂層外包覆sicf/sic復合材料層；
    11、s4.?在sic/sic復合材料層外表面制備wsi2涂層，形成第二層wsi2涂層；
    12、s5.?在第二層wsi2涂層外表面制備w-re合金薄壁管，形成第二層w-re合金層。
    13、作為進一步的改進，s2包括：在w-re合金薄壁管上預置球磨后的wsi2粉末進行燒結，重復多次直至形成所需厚度的第一層wsi2涂層；
    14、s4包括：在sic/sic復合材料層上預置球磨后的wsi2粉末進行燒結，重復多次直至形成所需厚度的第二層wsi2涂層。
    15、作為進一步的改進，所述燒結溫度為1200-1800℃，燒結時長為2-3h。
    16、作為進一步的改進，s3包括：在第一層wsi2涂層外表面編制sic纖維預制體，然后采用cvi工藝在sic纖維預制體上沉積熱解碳pyc界面，然后采用熔滲法對sic纖維預制體進行基體致密化，制備sic基體。
    17、作為進一步的改進，所述cvi工藝沉積溫度為800-900℃，沉積壓力為2-5kpa，沉積時間為20-50h，沉積100-300nm厚度的pyc界面。
    18、作為進一步的改進，所述熔滲法包括：將沉積了pyc界面的sic纖維預制體經600-800℃預燒后，浸入熔融狀態的sic中，浸入時長90~120min，然后冷卻固化形成致密化sic基體。
    19、與現有技術相比，本專利技術的有益效果為：
    20、為了克服在高溫環境下，鋰冷空間核反應堆包殼管材料耐腐蝕性下降、sicf/sic復合材料在高溫下易與uo2以及液態鋰發生反應等缺陷。本專利技術的包殼管夾層結構是由以w-re合金為內管層和外管層，sicf/sic復合材料為中間管層，以及wsi2涂層為w-re合金和sicf/sic復合材料之間的過渡層組成。sicf/sic復合材料位于中間管層，在高溫強度下，受到鎢錸合金的保護，保持機械強度并起到輕量化作用。w-re合金在內外管層保持包殼管的氣密性，保護sicf/sic復合材料免受鈾和液態鋰的腐蝕。
    21、鎢錸合金作為一種超合金材料，其不僅抗腐蝕性能優異，而且密封性好，可以有效解決sicf/sic復合材料不宜與鋰和鈾直接接觸以及氣密性差等問題。然而，研究發現，包殼管以w-re合金為金屬內襯和外襯，sicf/sic復合材料為中間管層材料，會產生w-re合金與sicf/sic復合材料在高溫下界面會發生反應的問題，影響氣密性和抗腐蝕性。
    22、為解決該問題，本專利技術的兩層wsi2涂層均在w-re合金和sicf/sic復合材料中間，隔離sicf/sic復合材料和w-re合金，盡可能減少w-re合金和sicf/sic復合材料發生反應，從而侵蝕w-re合金。
    23、本專利技術顯著提高了包殼管的氣密性和耐腐蝕性能，實現鋰冷空間核反應堆用包殼管強韌性、輕量化、耐腐蝕、密封性等性能兼顧。
    24、本專利技術的核燃料包殼管主要用于鋰冷空間核反應堆中核燃料棒的成型和防護。也可以應用于國防、軍事領域，比如火箭筒、輕質高壓儲氫容器、事故容錯包殼管。
    本文檔來自技高網...
                            
    
                            
    【技術保護點】
    
                                
    1.一種鋰冷空間核反應堆用包殼管，其特征在于，所述包殼管從內至外依次由第一層W-Re合金層、第一層WSi2涂層、SiCf/SiC復合材料層、第二層WSi2涂層和第二層W-Re合金層疊合構成夾層結構。
    2.根據權利要求1所述的鋰冷空間核反應堆用包殼管，其特征在于，所述W-Re合金中錸的質量分數為20-30%。
    3.根據權利要求1所述的鋰冷空間核反應堆用包殼管，其特征在于，所述第一層W-Re合金層和第二層W-Re合金層厚度分別為0.015-0.02mm和0.02-0.04mm；所述SiCf/SiC復合材料層厚度為0.01-0.03mm。
    4.根據權利要求1或3所述的鋰冷空間核反應堆用包殼管，其特征在于，所述第一層WSi2涂層和第二層WSi2涂層厚度分別為0.01-0.02mm和0.02-0.03mm。
    5.一種權利要求1~4任一項所述鋰冷空間核反應堆用包殼管的制備方法，其特征在于，包括如下的步驟：
    6.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于，S2包括：在W-Re合金薄壁管上預置球磨后的WSi2粉末進行燒結，重復多次直至形成所需厚度的第一層WSi2涂層；
    7.根據權利要求6所述的制備方法，其特征在于，燒結溫度為1200-1800℃，燒結時長為2-3h。
    8.根據權利要求5或6所述的制備方法，其特征在于，S3包括：在第一層WSi2涂層外表面編制SiC纖維預制體，然后采用CVI工藝在SiC纖維預制體上沉積熱解碳PyC界面，然后采用熔滲法對SiC纖維預制體進行基體致密化，制備SiC基體。
    9.根據權利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述CVI工藝沉積溫度為800-900℃，沉積壓力為2-5kPa，沉積時間為20-50h，沉積100-300nm厚度的PyC界面。
    10.根據權利要求9所述的制備方法，其特征在于，所述熔滲法包括：將沉積了PyC界面的SiC纖維預制體經600-800℃預燒后，浸入熔融狀態的SiC中，浸入時長90~120min，然后冷卻固化形成致密化SiC基體。
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    【技術特征摘要】
    
                                
    1.一種鋰冷空間核反應堆用包殼管，其特征在于，所述包殼管從內至外依次由第一層w-re合金層、第一層wsi2涂層、sicf/sic復合材料層、第二層wsi2涂層和第二層w-re合金層疊合構成夾層結構。
    2.根據權利要求1所述的鋰冷空間核反應堆用包殼管，其特征在于，所述w-re合金中錸的質量分數為20-30%。
    3.根據權利要求1所述的鋰冷空間核反應堆用包殼管，其特征在于，所述第一層w-re合金層和第二層w-re合金層厚度分別為0.015-0.02mm和0.02-0.04mm；所述sicf/sic復合材料層厚度為0.01-0.03mm。
    4.根據權利要求1或3所述的鋰冷空間核反應堆用包殼管，其特征在于，所述第一層wsi2涂層和第二層wsi2涂層厚度分別為0.01-0.02mm和0.02-0.03mm。
    5.一種權利要求1~4任一項所述鋰冷空間核反應堆用包殼管的制備方法，其特征在于，包括如下的步驟：
    6.根據權利要求5所述的制備方法，...
                            
    
                            
    【專利技術屬性】
    
                                技術研發人員：肖尊奇，何錫南，張彬，任丙，舒雄，賈國海，
    
        申請(專利權)人：湖南工程學院，
    
        類型：發明
    
        國別省市：
    
                            
    
                            
                        
    
                    
    
                    
                    
                     
                
    
                
                
    
                    
    
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