一种SiC复合纤维缠绕包壳的高温裂解处理方法技术

本发明专利技术提供一种SiC复合纤维缠绕包壳的高温裂解处理方法，其包括如下步骤：将SiC复合纤维缠绕形成的包壳预制件放置于高温烧结炉中，抽真空至20Pa以下；步骤二：继续通入氩气使炉体达到微正压0.1～0.105MPa，保持氩气通入、流出的状态开始升温，氩气通入及流出量为1～10L/min，升温速度为3～15℃/min；步骤三：当温度达到1000～1600℃时，保温1～2h，使SiC复合纤维缠绕后的包壳预制件发生裂解反应；步骤四：到达保温时间后，停止加热，继续通入氩气，样品随炉缓慢降温。本发明专利技术设计了碳化硅复合材料包壳管裂解的工艺方法，裂解后的包壳管内部获得了明显的碳化硅产物，工艺裂解后的包壳管经过后续的气相渗透后陶瓷化现象显著，相对密度可达到85％以上。

High temperature cracking treatment method for SiC composite filament winding shell

The present invention provides a high temperature pyrolysis processing method of SiC composite fiber winding shell, which comprises the following steps: SiC composite fiber winding shell preform is placed on the formation of high temperature sintering furnace, vacuum to 20Pa below; step two: to continue to pass into the furnace to make the argon micro positive pressure 0.1 ~ 0.105MPa. Keep the argon, the outflow of the state began to heat up, argon and outflow is 1 ~ 10L/min, the heating speed is 3 to 15 DEG /min; step three: when the temperature reaches 1000 to 1600 DEG C, holding 1 ~ 2H, the shell preform of SiC composite fiber winding after cracking reaction steps; four: to stop heating, heat preservation time, continue to pass into the sample with argon, slow cooling furnace. The invention designs process of silicon carbide composite cladding tube cracking, cracking of cladding tube inside the silicon carbide products obviously, cladding process after cleavage of the pipe through subsequent vapor infiltration after the ceramic phenomenon is significant, the relative density can reach above 85%.

【技术实现步骤摘要】
一种SiC复合纤维缠绕包壳的高温裂解处理方法
本专利技术属于新型核包壳材料制造工艺领域，具体涉及一种SiC复合纤维缠绕包壳的高温裂解处理方法。
技术介绍
目前，所有的商用轻水反应堆燃料包壳都是以Zr为基体的合金。这一族材料经过50多年的研究和应用，核燃料的性能以及此类燃料包壳的可靠性均有大幅度的提升。然而，锆合金包壳的服役寿命要受到材料腐蚀性能的影响，即在反应堆冷却剂中的氧化，尤其是氢的吸收，而且，一旦遇到高温蒸汽，锆合金的腐蚀将更为迅速。同时，随着235U富集度的进一步增加，或者由于其它方面的变化使得燃料中裂变产物的量进一步升高，这就要求研发具有更为优良的抗辐照损伤和耐腐蚀性能的其它材料，同时，也要求此类材料在发生严重事故的条件下，其性能恶化的程度能够进一步降低。因此，从长远的发展趋势来看，开发新型包壳材料势在必行。SiC复合材料能够满足轻水反应堆对更高安全性、更高性能以及更高经济性的要求，相对于锆合金包壳，以SiC为基体的燃料包壳优势更为明显，具体如下：对热中子的吸收率更低(比相同壁厚的锆包壳低～25％)；在正常运行过程中几乎不存在腐蚀和氢的聚集，这样可以大幅提高燃料的寿命和提升燃料的富集度；高温条件下几乎不损失强度，且腐蚀速率低；发生重大事故时降解速率极低：不会熔毁，腐蚀速率低，微量/无氢气。基于上述特点，SiC是一种非常有应用前景的包壳材料。因此，开展SiCf/SiC复合材料及其包壳制备工艺的研究，对于提升燃料元件寿命、提高燃料燃耗以及增加反应堆运行经济效益有着重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种SiC复合纤维缠绕包壳的高温裂解处理工艺方法，其经过高温裂解后，固化在包壳管内部的前躯体分解，在包壳管内部纤维间获得碳化硅沉积物。实现本专利技术目的的技术方案：一种SiC复合纤维缠绕包壳的高温裂解处理方法，其包括如下步骤：步骤一：将SiC复合纤维缠绕形成的包壳预制件放置于高温烧结炉中，抽真空至20Pa以下，充入氩气至标准大气压，再次抽真空充氩气，如此反复2～4次；步骤二：继续通入氩气使炉体达到微正压0.1～0.105MPa，保持氩气通入、流出的状态开始升温，氩气通入及流出量为1～10L/min，升温速度为3～15℃/min；步骤三：当温度达到1000～1600℃时，保温1～2h，使SiC复合纤维缠绕后的包壳预制件发生裂解反应；步骤四：到达保温时间后，停止加热，继续通入氩气，样品随炉缓慢降温，到达室温时出炉。如上所述的一种SiC复合纤维缠绕包壳的高温裂解处理方法，其在步骤四之后还对高温裂解后的SiC复合材料包壳管进行气相沉积。如上所述的一种SiC复合纤维缠绕包壳的高温裂解处理方法，其所述的在步骤四之后还对高温裂解后的SiC复合材料包壳管进行气相沉积，具体步骤如下：1)首先在20Pa以内的真空状态下加热，并通入三氯甲基硅烷、氩气、氢气的混合气体，保持一定温度开始沉积；2)沉积结束后，取出SiC复合材料包壳管，重复步骤1)，进行多次沉积，以获得不同厚度沉积层的碳化硅复合包壳管。如上所述的一种SiC复合纤维缠绕包壳的高温裂解处理方法，其所述步骤1)中，通入三氯甲基硅烷流量为100mL/min～5000mL/min，氩气流量为2L/min～6L/min，氢气流量为1L/min～6L/min。如上所述的一种SiC复合纤维缠绕包壳的高温裂解处理方法，其所述步骤2)中，气相沉积温度1000℃～1200℃，气相沉积时间6h～60h。本专利技术的效果在于：本专利技术首次在碳化硅复合包壳材料中采用高温裂解的手段，设计了碳化硅复合材料包壳管裂解的工艺方法，通过工艺实验确定了最佳参数，裂解后的包壳管内部获得了明显的碳化硅产物，裂解反应进行完全充分是后续气相沉积工艺致密化的基础，目前工艺裂解后的包壳管经过后续的气相渗透后陶瓷化现象显著，相对密度可达到85％以上。该工艺为新一代包壳材料，碳化硅纤维增强复合材料包壳的研制和应用提供技术基础和保障。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术所述的一种SiC复合纤维缠绕包壳的高温裂解处理工艺方法作进一步描述。实施例1本专利技术所述的一种SiC复合纤维缠绕包壳的高温裂解处理方法，其包括如下步骤：步骤一：将SiC复合纤维缠绕形成的包壳预制件放置于高温烧结炉中，抽真空至20Pa以下，充入氩气至标准大气压，再次抽真空充氩气，如此反复3次；步骤二：继续通入氩气使炉体达到微正压0.1MPa，保持氩气通入、流出的状态开始升温，氩气通入及流出量为5L/min，升温速度为10℃/min；步骤三：当温度达到1200℃时，保温2h，使SiC复合纤维缠绕后的包壳预制件发生裂解反应；步骤四：到达保温时间后，停止加热，继续通入氩气，样品随炉缓慢降温，到达室温时出炉。在步骤四之后还对高温裂解后的SiC复合材料包壳管进行气相沉积，具体步骤如下：1)首先在20Pa以内的真空状态下加热，并通入三氯甲基硅烷、氩气、氢气的混合气体，保持一定温度开始沉积；通入三氯甲基硅烷流量为800mL/min，氩气流量为4L/min，氢气流量为2L/min。气相沉积温度1100℃，气相沉积时间20h。2)沉积结束后，取出SiC复合材料包壳管，重复步骤1)，进行3次沉积，以获得不同厚度沉积层的碳化硅复合包壳管。实施例2本专利技术所述的一种SiC复合纤维缠绕包壳的高温裂解处理方法，其包括如下步骤：步骤一：将SiC复合纤维缠绕形成的包壳预制件放置于高温烧结炉中，抽真空至20Pa以下，充入氩气至标准大气压，再次抽真空充氩气，如此反复2次；步骤二：继续通入氩气使炉体达到微正压0.105MPa，保持氩气通入、流出的状态开始升温，氩气通入及流出量为1L/min，升温速度为3℃/min。步骤三：当温度达到1000℃时，保温2h，使SiC复合纤维缠绕后的包壳预制件发生裂解反应；步骤四：到达保温时间后，停止加热，继续通入氩气，样品随炉缓慢降温，到达室温时出炉。实施例3本专利技术所述的一种SiC复合纤维缠绕包壳的高温裂解处理方法，其包括如下步骤：步骤一：将SiC复合纤维缠绕形成的包壳预制件放置于高温烧结炉中，抽真空至20Pa以下，充入氩气至标准大气压，再次抽真空充氩气，如此反复4次；步骤二：继续通入氩气使炉体达到微正压0.1MPa，保持氩气通入、流出的状态开始升温，氩气通入及流出量为10L/min，升温速度为15℃/min。步骤三：当温度达到1600℃时，保温1h，使SiC复合纤维缠绕后的包壳预制件发生裂解反应；步骤四：到达保温时间后，停止加热，继续通入氩气，样品随炉缓慢降温，到达室温时出炉。在步骤四之后还对高温裂解后的SiC复合材料包壳管进行气相沉积，具体步骤如下：1)首先在20Pa以内的真空状态下加热，并通入三氯甲基硅烷、氩气、氢气的混合气体，保持一定温度开始沉积；通入三氯甲基硅烷流量为5000mL/min，氩气流量为6L/min，氢气流量为6L/min。气相沉积温度1200℃，气相沉积时间6h。2)沉积结束后，取出SiC复合材料包壳管，重复步骤1)，进行2次沉积，以获得不同厚度沉积层的碳化硅复合包壳管。实施例4本专利技术所述的一种SiC复合纤维缠绕包壳的高温裂解处理方法，其包括如下步骤：步骤一：将SiC复合纤维缠绕形成的包壳预制件放置于高温烧结炉中，抽真空至20Pa以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种SiC复合纤维缠绕包壳的高温裂解处理方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：步骤一：将SiC复合纤维缠绕形成的包壳预制件放置于高温烧结炉中，抽真空至20Pa以下，充入氩气至标准大气压，再次抽真空充氩气，如此反复2～4次；步骤二：继续通入氩气使炉体达到微正压0.1～0.105MPa，保持氩气通入、流出的状态开始升温，氩气通入及流出量为1～10L/min，升温速度为3～15℃/min；步骤三：当温度达到1000～1600℃时，保温1～2h，使SiC复合纤维缠绕后的包壳预制件发生裂解反应；步骤四：到达保温时间后，停止加热，继续通入氩气，样品随炉缓慢降温，到达室温时出炉。

【技术特征摘要】
1.一种SiC复合纤维缠绕包壳的高温裂解处理方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：步骤一：将SiC复合纤维缠绕形成的包壳预制件放置于高温烧结炉中，抽真空至20Pa以下，充入氩气至标准大气压，再次抽真空充氩气，如此反复2～4次；步骤二：继续通入氩气使炉体达到微正压0.1～0.105MPa，保持氩气通入、流出的状态开始升温，氩气通入及流出量为1～10L/min，升温速度为3～15℃/min；步骤三：当温度达到1000～1600℃时，保温1～2h，使SiC复合纤维缠绕后的包壳预制件发生裂解反应；步骤四：到达保温时间后，停止加热，继续通入氩气，样品随炉缓慢降温，到达室温时出炉。2.根据权利要求1所述的一种SiC复合纤维缠绕包壳的高温裂解处理方法，其特征在于：在步骤四之后还对高温裂解后的SiC复合材料包壳管进行气相沉积。3.根据权利要求2所述的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭洪，卢永恒，刘建成，贺进明，孟莹，刘伟，
申请(专利权)人：中核北方核燃料元件有限公司，
类型：发明
国别省市：内蒙古,15