核用碳化硅低温连接方法技术

本发明专利技术涉及一种核用碳化硅低温连接方法，包括步骤：将碳化硅粉体与烧结助剂混合，制得连接材料；在多个碳化硅待连接件之间设置连接材料，得到预连接件；对预连接件进行电流辅助加热处理，在1200℃～1700℃下进行连接。上述核用碳化硅低温连接方法采用碳化硅粉体与烧结助剂混合，作为碳化硅的连接材料，通过对预连接件进行电流辅助加热处理，能够实现核用碳化硅在较低温度和较低压力下的高强度连接。碳化硅接头在室温下的剪切强度为80MPa～200MPa，在1200℃高温下的剪切强度为90MPa～250MPa，碳化硅接头的漏率在1

【技术实现步骤摘要】
核用碳化硅低温连接方法


[0001]本专利技术涉及核反应堆用包壳材料连接领域，特别是涉及一种核用碳化硅低温连接方法。

技术介绍

[0002]目前，商用的核用包壳材料主要为锆合金。然而，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，容易导致氢爆，存在安全隐患。
[0003]碳化硅(SiC)陶瓷具有高熔点、高强度以及良好的抗腐蚀性能，使其在车辆、海洋工程、核能、航空航天等领域具有广泛的应用。此外，SiC还具有良好的抗中子辐照性能以及较低的中子吸收截面，这使得SiC非常有潜力应用于核能领域反应堆的包壳材料。
[0004]SiC由于具备以上优异的性能，因此，可解决上述锆合金服役过程中可能出现的问题。然而，对于核用包壳材料的应用，因为SiC的高熔点以及低自扩散系数，SiC包壳需要解决两端连接的问题。对于SiC连接，目前采用纳米浸渍瞬时液相(NITE)工艺进行连接，所获得的SiC接头具有较高的连接强度，然而，该工艺需要高温(温度需在1800℃以上)、高压(压强需在10MPa以上)条件下进行连接。

技术实现思路

[0005]基于此，有必要提供一种核用碳化硅低温连接方法，以实现核用碳化硅在较低温度和较低压力下的高强度连接。
[0006]一种核用碳化硅低温连接方法，包括以下步骤：
[0007]将碳化硅粉体与烧结助剂混合，制得连接材料；
[0008]在多个碳化硅待连接件之间设置所述连接材料，得到预连接件；
[0009]对所述预连接件进行电流辅助加热处理，在1200℃～1700℃下进行连接。
[0010]在其中一个实施例中，所述碳化硅粉体的粒径为0.01μm～10μm。进一步地，在其中一个实施例中，所述碳化硅粉体的粒径为0.01μm～0.1μm。
[0011]在其中一个实施例中，所述烧结助剂选自CeO2、ZrO2、Al2O3、SiO2、Y2O3、MgO、LiYO2以及LaCrO3中的至少一种。
[0012]在其中一个实施例中，所述连接材料中，所述烧结助剂的质量分数为0.1％～40％。进一步地，在其中一个实施例中，所述连接材料中，所述烧结助剂的质量分数为5％～10％。
[0013]在其中一个实施例中，所述连接材料的形态为粉料、浆料以及流延片中的至少一种。
[0014]在其中一个实施例中，所述电流辅助加热处理过程在真空环境或保护性气氛中进行。
[0015]在其中一个实施例中，上述保护性气氛为氮气、氩气以及氦气中的至少一种。
[0016]在其中一个实施例中，在所述电流辅助加热处理过程中，峰值电流为100A～2000A。
[0017]在其中一个实施例中，所述电流辅助加热处理过程的时间为1min～10min。
[0018]在其中一个实施例中，在所述电流辅助加热处理过程中，对所述预连接件进行机械加压处理。
[0019]在其中一个实施例中，所述机械加压处理的压强为0.1MPa～1MPa。
[0020]在其中一个实施例中，完成连接后，所述连接材料所形成的连接层的厚度为1μm～500μm。进一步地，在其中一个实施例中，完成连接后，所述连接材料所形成的连接层的厚度为10μm～50μm。
[0021]与传统方案相比，上述核用碳化硅低温连接方法具有以下有益效果：
[0022]上述核用碳化硅低温连接方法采用碳化硅粉体与烧结助剂混合，作为碳化硅的连接材料，通过对预连接件进行电流辅助加热处理，随着温度的升高，连接材料的电阻减小，流经预连接件的电流逐渐增大，连接材料自身开始升温，能够实现核用碳化硅在较低温度和较低压力下的高强度连接。
[0023]通过上述核用碳化硅低温连接方法所获得的碳化硅接头具有较小的残余应力。
[0024]通过上述核用碳化硅低温连接方法所获得的碳化硅接头具有良好的耐高温性能。
[0025]上述核用碳化硅低温连接方法采用电辅助加热技术能够实现核用碳化硅的局部加热，降低其对非加热区域的影响。
[0026]上述核用碳化硅低温连接方法能够提高碳化硅的自扩散速率，有效加快碳化硅连接过程的传质机制，实现核用碳化硅的快速连接。
[0027]上述核用碳化硅低温连接方法能够实现薄壁、超长径比的米级核用碳化硅包壳连接封装。
[0028]采用上述核用碳化硅低温连接方法所获得的碳化硅接头在室温下的剪切强度为80MPa～200MPa，在1200℃高温下的剪切强度为90MPa～250MPa，碳化硅接头的漏率在1
×
10
‑8Pa
·
m3/s以下，上述核用碳化硅低温连接方法可应用于核用碳化硅包壳连接封装领域。
附图说明
[0029]图1为一实施例的核用碳化硅低温连接方法所采用的电流辅助加热设备的工作原理示意图；
[0030]图2为图1的等效电路图；
[0031]图3为实施例1获得的碳化硅接头的显微结构图谱；
[0032]图4为实施例2获得的碳化硅接头的显微结构图谱；
[0033]图5为实施例3获得的碳化硅接头的显微结构图谱。
具体实施方式
[0034]为了便于理解本专利技术，下面将参照相关附图对本专利技术进行更全面的描述。附图中给出了本专利技术的较佳实施例。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容的理解更加透彻全面。
[0035]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0036]本专利技术一实施例的核用碳化硅低温连接方法，包括以下步骤：
[0037]步骤S1，将碳化硅粉体与烧结助剂混合，制得连接材料。
[0038]步骤S2，在多个碳化硅待连接件之间设置连接材料，得到预连接件。
[0039]步骤S3，对预连接件进行电流辅助加热处理，在1200℃～1700℃下进行连接。
[0040]上述核用碳化硅低温连接方法具有以下优势：
[0041]上述核用碳化硅低温连接方法采用碳化硅粉体与烧结助剂混合，作为碳化硅的连接材料，通过对预连接件进行电流辅助加热处理，随着温度的升高，连接材料的电阻减小，流经预连接件的电流逐渐增大，连接材料自身开始升温，能够实现核用碳化硅在较低温度和较低压力下的高强度连接。
[0042]通过上述核用碳化硅低温连接方法所获得的碳化硅接头具有较小的残余应力。
[0043]通过上述核用碳化硅低温连接方法所获得的碳化硅接头具有良好的耐高温性能。
[0044]上述核用碳化硅低温连接方法采用电辅助加热技术能够实现核用碳化硅的局部加热，降低其对非加热区域的影响。
[本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种核用碳化硅低温连接方法，其特征在于，包括以下步骤：将碳化硅粉体与烧结助剂混合，制得连接材料；在多个碳化硅待连接件之间设置所述连接材料，得到预连接件；对所述预连接件进行电流辅助加热处理，在1200℃～1700℃下进行连接。2.如权利要求1所述的核用碳化硅低温连接方法，其特征在于，所述碳化硅粉体的粒径为0.01μm～10μm。3.如权利要求1所述的核用碳化硅低温连接方法，其特征在于，所述烧结助剂选自CeO2、ZrO2、Al2O3、SiO2、Y2O3、MgO、LiYO2以及LaCrO3中的至少一种。4.如权利要求1所述的核用碳化硅低温连接方法，其特征在于，所述连接材料中，所述烧结助剂的质量分数为0.1％～40％。5.如权利要求1所述的核用碳化硅低温连接方法，其特征在于，所述连接材料的形态为粉料、浆...

【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，刘洋，
申请(专利权)人：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：