本發(fā)明屬于sic材料領域，具體涉及一種耐輻照抗事故sic/sic核燃料包殼的制備方法。

背景技術：

1、

2、sic/sic復合材料具有高強度、非脆性斷裂、高導熱、耐水熱腐蝕、低熱中子吸收截面等優(yōu)異特性，是重要的抗事故核燃料包殼候選材料。界面相是陶瓷基復合材料不可或缺的一部分，可起到“力學熔斷器”和“載荷傳遞”等作用。當sic/sic復合材料應用于核能系統(tǒng)時，材料不可避免受到中子輻照，第三代sic纖維編織預制體和化學氣相滲透(cvi)所得sic基體均有較好的耐輻照性能，此時，界面作為影響陶瓷基復合材料性能至關重要的影響因素往往會成為sic/sic復合材料的薄弱環(huán)節(jié)。

3、制備陶瓷基復合材料通常使用bn或pyc作為界面相。然而bn界面的熱中子吸收截面高，且b(n，α)熱中子反應生成的氦氣會增加復合材料的輻照腫脹，顯著降低材料的力、熱學性能，不宜在核能系統(tǒng)中應用。pyc是應用最為廣泛的陶瓷基復合材料界面相，其工程化發(fā)展最為成熟。中國專利(公開號cn103818056a)和(公開號cn112374902a)公開了以pyc為界面相的sic/sic抗事故核燃料包殼制備方法。然而pyc具有空間各向異性特征，其在中子輻照作用下將發(fā)生方向性的性狀轉變，與之伴隨的體積變化效應同樣會對核用復合材料的性能產生不利影響。max相界面具有特殊的層狀結構，耐輻照性能優(yōu)異，此外，最近文獻“l(fā)im,wang?k,wang?j,et?al.preparation?of?tic/ti2alc?coating?on?carbon?fiber?andinvestigation?of?the?oxidation?resistance?properties[j].journal?of?theamerican?ceramic?society,2018,101(11):5269-5280.”報導了新型max相界面，其作為核用陶瓷基復合材料界面相存在較大潛力，但max相界面尚處于實驗室研究階段且成本極高。綜合考慮上述因素，在現(xiàn)有的pyc界面基礎上對其進行優(yōu)化，使界面相在輻照環(huán)境下保持一定的體積穩(wěn)定性，是提高sic/sic抗事故核燃料包殼耐輻照性能最為經濟有效的手段。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有sic/sic復合材料耐輻照性能不足的缺陷，提供了一種通過設計至少兩層pyc界面層與至少一層sic納米線(sicnw)界面層的交替結構，緩解輻照應力作用及體積效應，進而制備耐輻照抗事故sic/sic核燃料包殼的方法。

2、本發(fā)明提供了一種耐輻照抗事故sic/sic核燃料包殼的制備方法，包括：

3、(1)以從步驟(a)開始并結束于步驟(a)的方式交替進行下述步驟(a)和步驟(b)以得到具有至少兩層pyc界面層和至少一層sic納米線界面層的管狀sic纖維預制體：

4、(a)通過化學氣相沉積工藝在管狀sic纖維預制體的表面沉積pyc界面層，所述pyc界面層的厚度為100～200nm；

5、(b)將步驟(a)所得的沉積有pyc界面層的管狀sic纖維預制體浸入催化劑溶液，通過真空浸漬以將催化劑負載到所述pyc界面層上，然后通過化學氣相沉積工藝在所述pyc界面層的表面原位生成sic納米線界面層；所述催化劑溶液包含金屬離子催化劑前驅體、表面改性劑和溶劑，所述金屬離子催化劑前驅體、表面改性劑和溶劑的體積比為(10～20)：1：(200～500)；所述sic納米線界面層中sic納米線的直徑為100～300nm，長徑比為(20～5)：1，所述sic納米線界面層的厚度為400～800nm；

6、(2)采用化學氣相滲透工藝對具有至少兩層pyc界面層和至少一層sic納米線界面層的管狀sic纖維預制體進行致密化處理；

7、(3)采用化學氣相沉積工藝在具有至少兩層pyc界面層和至少一層sic納米線界面層的管狀sic纖維預制體的表面沉積sic涂層，得到所述sic/sic核燃料包殼管。

8、較佳地，所述管狀sic纖維預制體是將第三代sic纖維纏繞并編織成的中空sic纖維管。

9、較佳地，步驟(a)中，所述化學氣相沉積工藝的參數(shù)為：以石油液化氣為源物質，以氬氣為稀釋氣體，總氣流量為0.5～1.5m3/h，石油液化氣和氬氣的流量比為1：(1～3)，沉積溫度為800～1100℃，沉積時間為70～140h。

10、較佳地，步驟(b)中，所述金屬離子催化劑前驅體為過渡金屬的硝酸鹽；所述過渡金屬為鐵、鉻或鎳；所述表面改性劑為十二烷基硫酸鈉、十六烷基三甲基溴化銨、聚乙二醇中的至少一種；所述溶劑為乙醇、甲醇、丙酮中的至少一種。

11、較佳地，步驟(b)中，所述真空浸漬的參數(shù)為：真空度為5～10kpa，浸漬時間為0.5～1.5h。

12、較佳地，步驟(b)中，所述化學氣相沉積工藝的參數(shù)為：抽真空至300～3000pa，以400～800ml/min的流量通入稀釋氣體ar，載氣ar/h2以40～400ml/min的流量通入已預熱至高于其沸點的硅烷氣體中，以5～10℃/min的速率升溫至1000～1300℃，保溫20～50h，之后以5～10℃/min的速率冷卻至室溫；其中，所述載氣中ar/h2的流量比為1：(1～3)，所述硅烷氣體為三氯甲基硅烷，所述載氣和三氯甲基硅烷的流量比為(8～12)：1。

13、較佳地，步驟(2)中，所述化學氣相滲透工藝的參數(shù)包括：抽真空至100～1000pa，以400～800ml/min的流量通入稀釋氣體ar，載氣ar/h2以40～400ml/min的流量通入已預熱至高于其沸點的硅烷氣體中；其中，沉積溫度為800～1000℃，沉積時間為140～240h；載氣中ar/h2的流量比為1：(1～3)，所述硅烷氣體為三氯甲基硅烷，所述載氣和三氯甲基硅烷的流量比為(8～12)：1。

14、較佳地，步驟(3)中，所述化學氣相沉積工藝的參數(shù)包括：抽真空至300～3000pa，以400～800ml/min的流量通入稀釋氣體ar，載氣ar/h2以40～400ml/min的流量通入已預熱至高于其沸點的硅烷氣體中；其中，沉積溫度為1000～1300℃，沉積時間為70～120h；載氣中ar/h2的流量比為1：(1～3)，所述硅烷氣體為三氯甲基硅烷，所述載氣和三氯甲基硅烷的流量比為(8～12)：1。

15、本發(fā)明中，通過控制金屬離子催化劑前驅體和表面改性劑的種類及其與溶劑的配比，結合精確控制的cvd工藝，精準控制sicnw界面層的各項參數(shù)，包括厚度、納米線形貌及長徑比等，進而使多層界面在高劑量輻照環(huán)境下的體積穩(wěn)定性更好，最終得到耐輻照抗事故sic/sic核燃料包殼。

16、有益效果：

17、本發(fā)明的耐輻照抗事故sic/sic核燃料包殼具有以下優(yōu)點：

18、(1)sicnw均勻分布在pyc界面層間，且自身基本不發(fā)生團聚。

19、(2)sicnw的形貌及體積分數(shù)可控，工藝簡單且具有一定的通用性。

20、(3)界面相中的sicnw界面層與pyc界面層形成了多級增強模式，賦予包殼管優(yōu)異的力學性能。

21、(4)pyc和sicnw交替界面層使核燃料包殼在高劑量輻照環(huán)境下呈現(xiàn)優(yōu)異的體積穩(wěn)定性。