本發(fā)明屬于核燃料，尤其是涉及一種薄壁石英芯模夾持裝置及核燃料包殼預(yù)制體纏繞系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、sicf?/sic復(fù)合材料是由碳化硅纖維（sicf）增強(qiáng)的碳化硅陶瓷基體（sic）構(gòu)成的一種高性能復(fù)合材料。sicf?/sic復(fù)合材料具有耐高溫、高強(qiáng)高韌、耐氧化等優(yōu)點(diǎn)，已成為航空航天領(lǐng)域熱端部件的理想候選材料，且因其在中子輻照和高溫環(huán)境下仍然具有很好的機(jī)械性能、抗熱沖擊性能，成為未來核燃料耐事故燃料（accident?tolerant?fuel，以下簡稱atf）包殼的關(guān)鍵創(chuàng)新方向。

2、預(yù)制體是atf包殼管的骨架，承擔(dān)了包殼管件的大部分載荷，預(yù)制體的幾何尺寸如厚度、圓度及直線度等對atf包殼的整體幾何尺寸具有重要影響。纏繞成型工藝是atf包殼預(yù)制體的成型工藝之一，具有纖維排列整齊、準(zhǔn)確度高、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)、產(chǎn)品性能均勻穩(wěn)定、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)。芯模作為包殼管預(yù)制體纏繞成型的模具，其尺寸精度、圓度、直線度、表面粗糙度對sicf/sic復(fù)合材料包殼預(yù)制體精度、質(zhì)量及后續(xù)致密化效果有顯著的影響。同時(shí)根據(jù)化學(xué)氣相滲透（cvi）的制備工藝要求，芯模材料需要在1100?℃以上長期使用，因此芯模要具備良好的耐高溫能力。石英材料具備良好的耐高溫性能，熱膨脹系數(shù)較小，長時(shí)間在高溫下也不會發(fā)生變形，同時(shí)化學(xué)穩(wěn)定性很好，因此選用石英玻璃管作為一次性芯模。此外，為了方便后續(xù)使用氫氟酸酸洗脫模，往往采用薄壁石英管作為sicf/sic復(fù)合材料包殼預(yù)制體的專用芯模。

3、在預(yù)制體纏繞的過程中，薄壁石英芯模兩端分別通過纏繞機(jī)的三爪卡盤與尾頂固定連接，通過三爪卡盤將扭矩傳遞至薄壁石英芯模。然而石英屬于脆性材料，薄壁石英芯模與三爪卡盤直接連接，若夾緊力過大，在夾緊力的作用下石英芯模易斷裂；若夾緊力過小，在纏繞的過程中三爪卡盤易與薄壁石英芯模之間發(fā)生相對滑動(dòng)，直接影響到纖維按照預(yù)設(shè)的軌跡鋪覆在芯模表面，造成預(yù)制體線型混亂。另一方面，纏繞過程中薄壁石英芯模在扭矩的作用下因剛度不足會發(fā)生徑向跳動(dòng)，跳動(dòng)過大會導(dǎo)致芯模斷裂。

4、因此，針對上述sicf/sic復(fù)合材料核燃料包殼預(yù)制體在纏繞成型工藝中存在的問題，需要開發(fā)一套薄壁石英芯模纏繞專用的夾持裝置和使用該裝置進(jìn)行atf核燃料包殼預(yù)制體纏繞成型的加工系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的就是為了克服現(xiàn)有纏繞成型工藝中存在的薄壁石英芯模夾持困難、易碎、剛性不足等缺陷而提供一種薄壁石英芯模夾持裝置及核燃料包殼預(yù)制體纏繞系統(tǒng)。

2、本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

3、本發(fā)明提供一種薄壁石英芯模夾持裝置，包括用于夾持薄壁石英芯模前端的前夾套、用于夾持薄壁石英芯模尾端的尾頂套和沿軸向貫穿薄壁石英芯模的剛性軸；

4、所述前夾套和尾頂套內(nèi)均設(shè)有彈簧夾套；所述彈簧夾套夾持在薄壁石英芯模外，且彈簧夾套與薄壁石英芯模之間均設(shè)有柔性套；所述彈簧夾套外均設(shè)有固定套。

5、進(jìn)一步地，所述前夾套包括一體連接的夾持端和前夾套固定端。

6、更進(jìn)一步地，所述前夾套固定端與固定套螺紋連接。

7、進(jìn)一步地，所述尾頂套包括一體連接的轉(zhuǎn)動(dòng)端和尾頂套固定端。

8、更進(jìn)一步地，所述尾頂套固定端與固定套螺紋連接。通過固定套分別與前夾套固定端和尾頂套固定端進(jìn)行螺紋連接，在擰緊過程中向薄壁石英芯模施加夾緊力，以更好地在纏繞過程中對薄壁石英芯模的兩端進(jìn)行夾持固定。

9、進(jìn)一步地，所述彈簧夾套包括一體連接的第一夾持段和第二夾持段。

10、進(jìn)一步地，所述第一夾持段和第二夾持段的外表面均為錐形面，第一夾持段和第二夾持段內(nèi)開設(shè)有貫通的夾持孔。當(dāng)通過固定套對彈簧夾套進(jìn)行進(jìn)一步夾緊固定時(shí)，由于第一夾持段和第二夾持段外壁錐形面的作用，夾持孔會縮小，從而實(shí)現(xiàn)對薄壁石英芯模的穩(wěn)固夾持。

11、更進(jìn)一步地，所述第一夾持段的直徑由靠近薄壁石英芯模中心的一端向遠(yuǎn)離薄壁石英芯模中心的方向遞增，第二夾持段的直徑由靠近薄壁石英芯模中心的一端向遠(yuǎn)離薄壁石英芯模中心的方向遞減。

12、更進(jìn)一步地，所述固定套施加的夾緊力通過第一夾持段和第二夾持段的外表面向薄壁石英芯模向內(nèi)匯聚，可以進(jìn)一步增大彈簧夾套對薄壁石英芯模的夾緊作用。

13、更進(jìn)一步地，所述第一夾持段的錐形面與固定套的內(nèi)部斜面共面配合。

14、更進(jìn)一步地，所述第二夾持段的錐形面與尾頂套的內(nèi)部斜面或前夾套的內(nèi)部斜面共面配合。

15、進(jìn)一步地，定義所述彈簧夾套自然狀態(tài)下的最大內(nèi)徑為d1，在夾緊力作用下的最小內(nèi)徑為d2，所述d1大于柔性套的外徑，d2小于柔性套的外徑。

16、進(jìn)一步地，所述薄壁石英芯模的長度為200-4000mm，外徑為5-15mm，壁厚為0.5-1.5mm。

17、進(jìn)一步地，所述剛性軸的長度大于薄壁石英芯模的長度，剛性軸貫穿薄壁石英芯模后的兩端各伸出20-40mm。

18、進(jìn)一步地，所述剛性軸的外徑與薄壁石英芯模的內(nèi)徑之間的差值為0.1-0.2mm。

19、進(jìn)一步地，所述剛性軸可選用實(shí)芯或空芯棒，其材料選用剛玉、不銹鋼等高強(qiáng)材料。

20、進(jìn)一步地，所述柔性套在自然狀態(tài)的內(nèi)徑小于薄壁石英芯模的外徑，差值為0.1-0.3mm，以保證柔性套能比較緊固地套設(shè)在薄壁石英芯模端部，柔性套在夾緊力作用下沿徑向均勻拓展，有利于提高薄壁石英芯模與卡盤的同軸度。

21、進(jìn)一步地，所述柔性套可選用丁腈橡膠或硅膠等彈性、摩擦系數(shù)較大材質(zhì)，可以在夾緊力下保護(hù)薄壁石英芯模，又能通過二者之間的摩擦力避免薄壁石英芯模與卡盤出現(xiàn)滑移。

22、進(jìn)一步地，所述固定套的外表面沿軸向方向開有多條溝槽，可使用配套的月牙扳手將其擰緊。

23、本發(fā)明還提供一種包括上述薄壁石英芯模夾持裝置的核燃料包殼預(yù)制體纏繞系統(tǒng)，還包括纏繞機(jī)；所述纏繞機(jī)用于將碳化硅纖維纏繞在所述薄壁石英芯模上以制得atf包殼預(yù)制體。

24、進(jìn)一步地，所述薄壁石英芯模夾持裝置的前夾套與纏繞機(jī)的多爪卡盤連接，多爪卡盤通過前夾套驅(qū)動(dòng)所述薄壁石英芯模繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)。

25、進(jìn)一步地，所述薄壁石英芯模夾持裝置的尾頂套與纏繞機(jī)的尾頂連接，所述尾頂套能在薄壁石英芯模的轉(zhuǎn)動(dòng)下在尾頂內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。

26、進(jìn)一步地，所述前夾套與多爪卡盤的接觸面均勻分布有多個(gè)夾持平面，夾持平面的數(shù)量與多爪卡盤上卡爪的數(shù)量一致。

27、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

28、（1）本發(fā)明的薄壁石英芯模夾持裝置通過設(shè)置沿軸向貫穿薄壁石英芯模的剛性軸用于增加薄壁石英芯模的剛性；同時(shí)通過前夾套和尾頂套夾持薄壁石英芯模的兩端，并在固定套和柔性套的配合作用下將夾緊力傳遞至薄壁石英芯模，起到同軸固定薄壁石英芯模的作用，解決了纏繞過程中薄壁石英芯模夾持困難、易碎、剛性不足的缺陷。

29、（2）本發(fā)明的薄壁石英芯模夾持裝置通過設(shè)置套設(shè)于芯模外側(cè)的柔性套，能在夾緊力下可起到保護(hù)薄壁石英芯模的作用，也基于其較好的彈性和摩擦性也可以避免薄壁石英芯模在纏繞過程中出現(xiàn)滑移。

30、（3）本發(fā)明的前夾套和尾頂套能分別與固定套螺紋連接，并在與彈簧夾套的端面配合下使在擰緊過程中徑向壓縮彈簧夾套，使夾持孔縮小，彈簧夾套通過柔性套將夾緊力傳遞至薄壁石英芯模，起到同軸固定薄壁石英芯模的作用。

31、（4）本發(fā)明的薄壁石英芯模夾持裝置適用于sicf/sic復(fù)合材料包殼預(yù)制體纏繞成型過程中纏繞機(jī)與薄壁石英芯模的連接與傳動(dòng)，具有結(jié)構(gòu)簡單、安全、易于夾緊和保護(hù)薄壁石英芯模等特點(diǎn)，有利于sicf/sic復(fù)合材料包殼預(yù)制體的纏繞成型。