核用碳化硅包壳快速连接方法、SiC包壳及其应用技术

本发明专利技术公开了一种核用碳化硅包壳快速连接方法、SiC包壳及其应用，连接方法包括以下步骤：S1、制备连接浆料；S2、将连接浆料均匀涂抹在SiC端塞和/或SiC包壳管的连接面上，将SiC端塞和SiC包壳管以连接面相对配合形成连接结构；S3、在保护气氛下，将连接结构升温至100℃～300℃，保温0.1‑4h进行固化，SiC端塞和SiC包壳管之间的连接浆料固化形成连接层；S4、对固化后的连接结构进行电阻焊处理，使连接层致密化，将SiC端塞与SiC包壳管致密连接，形成SiC包壳。本发明专利技术的核用碳化硅包壳快速连接方法，采用电阻焊技术实现端塞和包壳管的快速连接，极大地节省了工作时间，提高连接效率；电阻焊连接的热影响区较小，不会对包壳内部的核燃料造成影响，提高了包壳的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
核用碳化硅包壳快速连接方法、SiC包壳及其应用
本专利技术涉及核燃料
，尤其涉及一种核用碳化硅包壳快速连接方法、SiC包壳及其应用。
技术介绍
对于核用包壳材料，目前商用的是锆合金，但是锆合金的高温氧化性能差、高温强度低，在失水条件下容易造成核燃料的泄漏；并且锆合金在高温水蒸气条件下的产氢量较大，易造成氢爆，如2011年的福岛核事故。碳化硅(SiC)陶瓷具有高熔点、高强度和抗腐蚀性能，使其在车辆、海洋工程、核能、航空航天等领域具有非常广泛的应用。不仅如此，SiC还具有良好的抗中子辐照性能以及低中子吸收截面，因此，非常有潜力应用于核能领域反应堆的包壳材料。SiC因为具备以上优异的性能，因此可解决锆合金服役过程中可能出现的以上问题。然而，对于SiC包壳的应用，因为其高熔点、低自扩散系数，SiC包壳的应用急需解决两端连接的问题。现有的连接技术主要采用烧结炉进行连接，比如无压烧结炉、热压烧结炉、放电等离子烧结炉、马弗炉等，以上的烧结设备虽然可以实现SiC连接，但是连接效率非常低，并且产生的热影响区较大，不利于SiC包壳装载核燃料条件下的密封。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，提供一种效率高的核用碳化硅包壳快速连接方法、SiC包壳及其应用。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种核用碳化硅包壳快速连接方法，包括以下步骤：S1、制备连接浆料；S2、将所述连接浆料均匀涂抹在SiC端塞和/或SiC包壳管的连接面上，将所述SiC端塞和SiC包壳管以连接面相对配合形成连接结构；S3、在保护气氛下，将所述连接结构升温至100℃～300℃，保温0.1-4h进行固化，所述SiC端塞和SiC包壳管之间的连接浆料固化形成连接层；S4、对固化后的所述连接结构进行电阻焊处理，使所述连接层致密化，将所述SiC端塞与SiC包壳管致密连接，形成SiC包壳。优选地，步骤S1包括：将连接材料和分散剂加入有机溶剂中，经超声分散均匀；所述连接材料和所述分散剂的比例为0.1wt％～0.5wt％：99.9wt％～99.5wt％。优选地，所述连接材料包括陶瓷粉体、玻璃粉体、金属粉体、前驱体和烧结助剂中至少一种。优选地，所述连接材料中，玻璃粉体占玻璃粉体和陶瓷粉体总粉体质量的0～50％，金属粉体占陶瓷粉体、玻璃粉体和金属粉体总粉体质量的0～50％，前驱体占陶瓷粉体、玻璃粉体、金属粉体和前驱体总粉体质量的0～50％。优选地，所述陶瓷粉体为碳化硅、碳化锆、碳化钛、碳氮化钛和氧化铝中至少一种，其粉体粒径为0.1μm～10μm。优选地，所述玻璃粉体为SiO2-Y2O3-Al2O3、SiO2-Y2O3-MgO、CaO-Al2O3、CaO-Al2O3-SiO2中至少一种。优选地，所述金属粉体为Ti、Zr、Nb、Al和Ni中至少一种，其粉体粒径为0.1μm～10μm。优选地，所述前驱体为聚碳硅烷、聚氧硅烷、聚硅氮烷中的至少一种，陶瓷产率为60wt％～85wt％。优选地，所述烧结助剂在所述连接材料中的质量百分比为1％～10％；所述烧结助剂为Al2O3-Re2O3，其中Re为Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb或Lu；所述烧结助剂中，Al2O3和Re2O3的比例为1wt％～99wt％：99wt％～1wt％。优选地，所述分散剂为油酸、硬脂酸、蓖麻油中至少一种。优选地，所述有机溶剂为无水乙醇、丙酮、二甲苯、聚乙二醇中至少一种。优选地，步骤S3和步骤S4的保护气氛为氮气、氩气或真空。优选地，步骤S4中，电阻焊处理时的电阻焊电流为10000～30000A，机械加压为0.1MPa～1MPa，焊接时间为10s～60s。优选地，步骤S3中，所述连接层的电阻率为10-4Ω·cm～10-1Ω·cm。优选地，步骤S4中，所述连接层的厚度为0.1μm～20μm，其在室温下剪切强度为50MPa～150MPa，在1200℃高温下的剪切强度为80MPa～200MPa；优选地，所述SiC包壳的漏率为0～1×10-8Pa·m3/s。本专利技术还提供一种SiC包壳，通过以上任一项所述的核用碳化硅包壳快速连接方法获得。本专利技术还提供一种SiC包壳应用于核反应堆中堆芯的防护，作为堆芯的第一道防护屏障。本专利技术的核用碳化硅包壳快速连接方法，采用电阻焊技术实现端塞和包壳管的快速连接，极大地节省了工作时间，提高连接效率；电阻焊连接的热影响区较小，不会对包壳内部的核燃料造成影响，提高了包壳的可靠性。采用电阻焊技术可实现SiC包壳管的两端密封，可推动其替代传统锆合金，从而提高核电的安全性。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1是本专利技术的核用碳化硅包壳快速连接方法的流程图；剖面结构示意图；图2是本专利技术中实施例1的制得的SiC包壳剪切测试后断裂面的低倍显微结构图；图3是本专利技术中实施例1的制得的SiC包壳剪切测试后断裂面的高倍显微结构图。具体实施方式参考图1，本专利技术的核用碳化硅包壳快速连接方法，包括以下步骤：S1、制备连接浆料。连接浆料的制备方法如下：将连接材料和分散剂加入有机溶剂中，经超声分散均匀，形成浆料。其中，连接材料和分散剂的比例为0.1wt％～0.5wt％：99.9wt％～99.5wt％。有机溶剂适量，根据浆料所需固含量加入对应量。连接材料包括陶瓷粉体、玻璃粉体、金属粉体、前驱体和烧结助剂中至少一种。连接材料中，玻璃粉体占玻璃粉体和陶瓷粉体总粉体质量的0～50％，金属粉体占陶瓷粉体、玻璃粉体和金属粉体总粉体质量的0～50％，前驱体占陶瓷粉体、玻璃粉体、金属粉体和前驱体总粉体质量的0～50％。作为选择，陶瓷粉体可为碳化硅、碳化锆、碳化钛、碳氮化钛和氧化铝中至少一种，其粉体粒径为0.1μm～10μm，纯度为99～99.999％。玻璃粉体为SiO2-Y2O3-Al2O3(SiO2、Y2O3和Al2O3的混合粉体)、SiO2-Y2O3-MgO(SiO2、Y2O3和MgO的混合粉体)、CaO-Al2O3(CaO和Al2O3的混合粉体)、CaO-Al2O3-SiO2(CaO、Al2O3和SiO2的混合粉体)中至少一种。金属粉体为Ti、Zr、Nb、Al和Ni中至少一种，其粉体粒径为0.1μm～10μm，纯度为99～99.999％。前驱体为聚碳硅烷、聚氧硅烷和聚硅氮烷中的至少一种，其陶瓷产率为60wt％～85wt％。烧结助剂在连接材料中的质量百分比为1％～10％。烧结助剂优选为Al2O3-Re2O3，Al2O3和Re2O3的比例为1wt％～99wt％：99wt％～1wt％。Re2O3中，Re为稀土元素，具体可为Sc(钪)、Y(钇)、La(镧)、Ce(铈)、Pr(镨)、Nd(钕)、Pm(钷)、Sm(钐)、Eu(铕)、Gd(钆本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种核用碳化硅包壳快速连接方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、制备连接浆料；/nS2、将所述连接浆料均匀涂抹在SiC端塞和/或SiC包壳管的连接面上，将所述SiC端塞和SiC包壳管以连接面相对配合形成连接结构；/nS3、在保护气氛下，将所述连接结构升温至100℃～300℃，保温0.1-4h进行固化，所述SiC端塞和SiC包壳管之间的连接浆料固化形成连接层；/nS4、对固化后的所述连接结构进行电阻焊处理，使所述连接层致密化，将所述SiC端塞与SiC包壳管致密连接，形成SiC包壳。/n

【技术特征摘要】
1.一种核用碳化硅包壳快速连接方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、制备连接浆料；
S2、将所述连接浆料均匀涂抹在SiC端塞和/或SiC包壳管的连接面上，将所述SiC端塞和SiC包壳管以连接面相对配合形成连接结构；
S3、在保护气氛下，将所述连接结构升温至100℃～300℃，保温0.1-4h进行固化，所述SiC端塞和SiC包壳管之间的连接浆料固化形成连接层；
S4、对固化后的所述连接结构进行电阻焊处理，使所述连接层致密化，将所述SiC端塞与SiC包壳管致密连接，形成SiC包壳。


2.根据权利要求1所述的核用碳化硅包壳快速连接方法，其特征在于，步骤S1包括：将连接材料和分散剂加入有机溶剂中，经超声分散均匀；
所述连接材料和所述分散剂的比例为0.1wt%～0.5wt%：99.9wt%～99.5wt%。


3.根据权利要求2所述的核用碳化硅包壳快速连接方法，其特征在于，所述连接材料包括陶瓷粉体、玻璃粉体、金属粉体、前驱体和烧结助剂中至少一种；
所述连接材料中，玻璃粉体占玻璃粉体和陶瓷粉体总粉体质量的0～50%，金属粉体占陶瓷粉体、玻璃粉体和金属粉体总粉体质量的0～50%，前驱体占陶瓷粉体、玻璃粉体、金属粉体和前驱体总粉体质量的0～50%。


4.根据权利要求3所述的核用碳化硅包壳快速连接方法，其特征在于，所述陶瓷粉体为碳化硅、碳化锆、碳化钛、碳氮化钛和氧化铝中至少一种，其粉体粒径为0.1μm～10μm；
所述玻璃粉体为SiO2-Y2O3-Al2O3、SiO2-Y2O3-MgO、CaO-Al2O3、CaO-Al2O3-SiO2中至少一种；
所述金属粉体为Ti、Zr、Nb、Al和Ni中至少一种，其粉体粒径为0.1μm～10μm；
所述前驱体为聚碳硅烷、聚氧硅烷、聚硅氮烷中的至少一种，陶瓷产率为60wt%～85wt...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴利翔，薛佳祥，廖业宏，任啟森，翟剑晗，张永栋，张显生，
申请(专利权)人：岭东核电有限公司，中广核研究院有限公司，中国广核集团有限公司，中国广核电力股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44