陶瓷結(jié)構(gòu)體的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及陶瓷結(jié)構(gòu)體。
【背景技術(shù)】
[0002]從防止全球變暖的觀點(diǎn)出發(fā)，核聚變、核裂變等原子能由于每單位重量燃料的能量密度高，不產(chǎn)生二氧化碳，因而是受到期待的能源。對(duì)于用于獲得原子能的反應(yīng)堆，從耐熱性、吸收中子、強(qiáng)度、化學(xué)穩(wěn)定性、長期可靠性等觀點(diǎn)考慮，所使用的結(jié)構(gòu)材料受到限定，根據(jù)用途使用例如鋁合金、鋯合金、不銹鋼、低合金鋼鎳基/鐵基合金等。
[0003]例如專利文獻(xiàn)I中，燃料包覆管被設(shè)計(jì)成在反應(yīng)堆正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)或可想到的事故時(shí)任何放射性氣體和固體核裂變產(chǎn)物都被可靠地保持在管內(nèi)而不釋放至冷卻材料。其中記載了如果燃料覆層損傷，熱、氫、甚至核裂變產(chǎn)物有可能被釋放至冷卻材料。此外作為與以往的燃料覆層相關(guān)的問題點(diǎn)，記載了例如金屬制的覆層相對(duì)軟質(zhì)，有可能在某些情況下與有可能流入冷卻系統(tǒng)中與燃料接觸的碎片接觸而發(fā)生磨損或者腐蝕。因此，為了能夠用于在反應(yīng)堆內(nèi)存放核裂變?nèi)剂?、提供改善的安全性和性能，專利文獻(xiàn)I中提出了一種多層陶瓷管（反應(yīng)堆用SiC部件），其由整體式（Monolithic)碳化硅的內(nèi)層、作為利用碳化硅基質(zhì)包覆碳化硅纖維而成的復(fù)合材料的中間層、和整體式碳化硅的外層構(gòu)成。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0005]專利文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)I :日本特表2008-501977號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]發(fā)明要解決的問題
[0008]了解到在陶瓷結(jié)構(gòu)體中所使用的SiC在耐熱性、化學(xué)穩(wěn)定性、吸收中子、強(qiáng)度方面具有高性能。然而，SiC是處于研宄開發(fā)過程中的原材料，關(guān)于長期可靠性的驗(yàn)證尚不充分。
[0009]本發(fā)明的目的在于提供具有長期可靠性的陶瓷結(jié)構(gòu)體。
[0010]用于解決問題的手段
[0011]本發(fā)明的陶瓷結(jié)構(gòu)體由碳化硅（SiC)構(gòu)成，所述碳化硅由碳和與天然豐度比相比28Si被濃縮后的硅形成。
[0012]作為本發(fā)明的陶瓷結(jié)構(gòu)體的一個(gè)實(shí)施方式，例如上述碳化硅中的28Si的濃縮度為99%以上。
[0013]作為本發(fā)明的陶瓷結(jié)構(gòu)體的一個(gè)實(shí)施方式，例如上述碳化硅由SiC燒結(jié)體、CVD-SiC, SiC纖維、SiC/SiC復(fù)合材料任一種中的至少一種形態(tài)構(gòu)成。
[0014]發(fā)明效果
[0015]根據(jù)本發(fā)明，構(gòu)成碳化硅的硅主要由28Si構(gòu)成，因此受到中子照射后難以被變換成磷等其它原子。因此，可以防止中子照射所導(dǎo)致的碳化硅的變質(zhì)，即使在反應(yīng)堆、核聚變堆等受中子照射的環(huán)境下使用也不變質(zhì)、變形，可以維持形狀、強(qiáng)度，可以提供具有長期可靠性的陶瓷結(jié)構(gòu)體。
【附圖說明】
[0016]圖1為表示將本發(fā)明的陶瓷結(jié)構(gòu)體應(yīng)用于包覆管中的包覆管立體圖。
[0017]圖2為用于說明3°Si變成31P的示意圖。
[0018]圖3為表示本發(fā)明的SiC燒結(jié)體、CVD-SiC、SiC纖維、SiC/SiC復(fù)合材料等的形成過程的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面，基于圖1?圖3詳細(xì)描述本發(fā)明涉及的陶瓷結(jié)構(gòu)體的優(yōu)選實(shí)施方式的一個(gè)示例。
[0020]本發(fā)明的實(shí)施方式的陶瓷結(jié)構(gòu)體I由碳化硅(SiC)構(gòu)成，該碳化硅由碳和與天然豐度比相比28Si被濃縮后的硅形成。另外，陶瓷結(jié)構(gòu)體I中，碳化硅中的28Si的濃縮度為99%以上，以SiC燒結(jié)體、CVD-SiC, SiC纖維、SiC/SiC復(fù)合材料等形態(tài)使用。
[0021]圖1表示將陶瓷結(jié)構(gòu)體I應(yīng)用于在反應(yīng)堆等中使用的包覆管2中的一個(gè)示例，用作包覆管2、或者包覆管2的外層或內(nèi)層的保護(hù)層。
[0022]上面描述了陶瓷結(jié)構(gòu)體I的用途的具體例，除此以外，也可以用于控制棒、控制棒導(dǎo)向裝置、燃料包殼(cladding)、堆芯保持基座(保持'r只夕少)、芯塊(爐心7''口 V夕)、上部堆芯氣腔、內(nèi)部絕緣包覆、高溫導(dǎo)管、熱交換器或它們的組合等反應(yīng)堆用部件中。
[0023]陶瓷結(jié)構(gòu)體I使用碳化硅中的28Si的濃縮度為99%以上的原材料，以SiC燒結(jié)體、CVD-SiC、SiC纖維、SiC/SiC復(fù)合材料等形態(tài)使用，而濃縮后的28Si能夠容易地獲得。例如，大陽日酸株式會(huì)社制造的在穩(wěn)定同位素綜合目錄II1-148等中所記載的S12中的28Si的存在比例為99%。通過使用這種3102進(jìn)行制造，可以提供具有長期可靠性的陶瓷結(jié)構(gòu)體，即使在反應(yīng)堆、核聚變爐等受中子照射的環(huán)境下使用也不變質(zhì)、變形，可以維持形狀、強(qiáng)度。
[0024]本發(fā)明中，出于以下理由使用了碳化硅中的28Si的濃縮度為99%以上的原材料。
[0025]首先，天然產(chǎn)生的Si的同位素的存在比例的分析值為例如28Si:92.27%,29Si:4.68%,30Si:3.05% (參見上述目錄IV-2)等。然而，存在有3°Si時(shí)，3°Si因中子照射而變成31P，特性變差。圖2是用于說明3°Si變成31P的示意圖。
[0026]對(duì)硅照射中子時(shí)，硅(同位素元素構(gòu)成:28S1、29Si和3°Si)中的3°Si (天然豐度比:3.05% )受到中子的照射，生成31Si (半衰期:2.62小時(shí))。31Si發(fā)出貝塔射線(β衰變)，發(fā)生核嬗變，變換成穩(wěn)定同位元素的磷(31P)。
[0027]硅中子照射摻雜是利用該現(xiàn)象，用中子照射硅單晶，在單晶中均勻摻雜(添加)磷(31P)的方法。硅單晶中的磷的分布顯示出通過以往的添加雜質(zhì)元素的方法所得不到的均勻性，因此形成了半導(dǎo)體制造的一個(gè)領(lǐng)域。例如在一般財(cái)團(tuán)法人高度情報(bào)科學(xué)技術(shù)研宄機(jī)構(gòu)提供的文獻(xiàn)“利用中子照射制造硅半導(dǎo)體的原理”(「中性子照射c ^ ^ y 3 y半導(dǎo)體製造?原理」)(整理編號(hào)08-04-01-25)中有所記載。
[0028]由此，在半導(dǎo)體領(lǐng)域中，已知3°Si受中子照射而嬗變成磷。然而，可以預(yù)測，在長期受到大量中子照射的反應(yīng)堆、核聚變堆內(nèi)，該核反應(yīng)被促進(jìn)，發(fā)生硅嬗變成磷的核反應(yīng)(變換)，含有碳化硅的陶瓷結(jié)構(gòu)體I發(fā)生劣化。3°si的天然豐度比為3.05%，因此3°Si變成31P時(shí)有可能化學(xué)鍵斷裂而導(dǎo)致強(qiáng)度降低。
[0029]因此，通過對(duì)難以發(fā)生核反應(yīng)(變換)的28Si進(jìn)行濃縮，可以提供具有長期可靠性的陶瓷結(jié)構(gòu)體I。
[0030]用于對(duì)28Si進(jìn)行大規(guī)模質(zhì)量分離的方法、即28Si的濃縮技術(shù)是公知的。例如，日本特開2003-53153號(hào)公報(bào)中記載了基于利用激光進(jìn)行的硅的鹵化物的紅外多光子解離的方法。由波長不同的兩個(gè)以上激光源發(fā)出激光，通過使所發(fā)出的激光透過CaF2結(jié)晶板或者控制激光電極的放電電壓，來調(diào)節(jié)該激光的能量，然后使上述調(diào)節(jié)后的激光同步照射上述鹵化物，進(jìn)行28S1、29S1、3°Si等硅同位素的分離、濃縮。
[0031]另外，日本特表2005-532155號(hào)公報(bào)中記載了大規(guī)模從天然產(chǎn)生的Si中質(zhì)量分離出28Si的方法。在I次循環(huán)中，通過擴(kuò)散以及可選的進(jìn)一步對(duì)流，使天然的同位素組成以質(zhì)量流的形式通過介質(zhì)而進(jìn)行移動(dòng)，在質(zhì)量流的一種純化物中濃縮所希望的同位素來實(shí)現(xiàn)同位素的純化，收集質(zhì)量流的這種濃縮后的純化物，進(jìn)行輸送以通過下一次循環(huán)，由此得到所希望的同位素的含量進(jìn)一步增加后的純化物，重復(fù)這些循環(huán)直至所希望的同位素被充分濃縮為止，由此利用同位素的質(zhì)量擴(kuò)散率的不同來純化同位素組成中的特定同位素，從而對(duì)同位素進(jìn)行分離。
[0032]并且，日本特開2010-23013號(hào)公報(bào)中記載了利用離子交換(置換)色譜將硅的同位素進(jìn)行分離的方法。使六氟硅酸鈉的水溶液流入填充有I型強(qiáng)堿性離子交換樹脂的填充塔，使上述六氟硅酸鈉吸附于上述I型強(qiáng)堿性離子交換樹脂，使重同位素的硅濃縮于上述六氟硅酸鈉與上述I型強(qiáng)堿性離子交換樹脂的前端界面處的工序；和使硫氰酸鈉的水溶液流入上述充填塔，將所吸附的上述六氟硅酸鈉置換成上述硫氰酸鈉，使輕同位素的硅濃縮于上述六氟硅酸鈉與上述硫氰酸鈉的后端界面處。
[0033]另外，在Si相關(guān)的產(chǎn)業(yè)中，可以以自然界中大量存在的硅砂為原料，由硅砂得到各種物質(zhì)，可以使用以硅砂(S12)的形態(tài)同樣濃縮后的28Si來得到各種28Si化合物。
[0034]以上述的28Si被濃縮后的S12S原材料，形成了 SiC燒結(jié)體、CVD_SiC、SiC纖維、SiC/SiC復(fù)合材料等。然后，SiC燒結(jié)體、CVD-SiC, SiC/SiC復(fù)合材料可以單獨(dú)提供結(jié)構(gòu)材料，可以提供高強(qiáng)度且變形少的陶瓷結(jié)構(gòu)體I。此外，SiC纖維通過與其它作為基質(zhì)的材料復(fù)合，可以提供結(jié)構(gòu)材料，可以提供高強(qiáng)度且變形少的陶瓷結(jié)構(gòu)體I。
[0035]使用S12得到SiC燒結(jié)體、CVD-SiC, SiC纖維、SiC/SiC復(fù)