一种长尺寸SiC制造技术

本发明专利技术涉及一种长尺寸SiC

【技术实现步骤摘要】
一种长尺寸SiC
f
/SiC复合材料包壳(PyC/SiC)
n
多层界面层及其制备方法


[0001]本专利技术涉及SiC
f
/SiC复合材料包壳的界面层制备
，尤其是涉及一种长尺寸SiC
f
/SiC复合材料包壳(PyC/SiC)
n
多层界面层及其制备方法。

技术介绍

[0002]核燃料包壳作为核反应堆的核心部件，是反应堆的第一道安全屏障，也是核反应堆先进性和安全性的重要保障。SiC
f
/SiC复合材料包壳较Zr合金包壳，具有低中子吸附率、良好的化学稳定性、低腐蚀率、较高的高温强度保持率、以及在严重事故下优异的被动安全特性，是第三代轻水反应堆核燃料包壳的潜在备选材料。
[0003]对于SiC
f
/SiC复合材料包壳需要首先制备纤维与SiC基体的界面层，以提供纤维与基体间合适的剥离，并实现SiC
f
/SiC复合材料假塑性失效模式。对于PyC界面层，在高于800℃的水氧环境下极易氧化导致界面不稳定，因此亟需制备具有较强抗氧性的界面层，从而提高SiC
f
/SiC复合材料包壳的界面稳定性和力学性能。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的SiC
f
/SiC复合材料包壳界面不稳定等缺陷而提供一种长尺寸SiC
f
/SiC复合材料包壳(PyC/SiC)
n
多层界面层及其制备方法。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0006]本专利技术的技术方案之一：提供一种长尺寸SiC
f
/SiC复合材料包壳(PyC/SiC)
n
多层界面层，位于SiC纤维和SiC基体之间，其由内向外依次由PyC界面层和SiC界面层交替沉积组成，最内的PyC界面层可改善包壳断裂韧性，外部的SiC界面层可抑制PyC在高温条件下氧化。
[0007]进一步地，所述(PyC/SiC)
n
多层界面层中的n为PyC界面层和SiC界面层交替沉积的次数，n的范围为1
‑
3。
[0008]进一步地，所述(PyC/SiC)
n
多层界面层的总厚度为100nm～1000nm，当(PyC/SiC)
n
多界面层厚度低于100nm时力学性能提高不明显，(PyC/SiC)
n
多界面层厚度高于1000nm时显著降低了SiC
f
/SiC复合材料包壳的断裂韧性。
[0009]进一步地，所述(PyC/SiC)
n
多层界面层采用化学气相沉积工艺制备。
[0010]本专利技术的技术方案之二：提供一种如技术方案一所述的长尺寸SiC
f
/SiC复合材料包壳(PyC/SiC)
n
多层界面层的制备方法，包括如下步骤：
[0011](1)将SiC纤维预制体水平放置在沉积室内；
[0012](2)通入甲烷、氮气，在SiC纤维预制体表面沉积PyC界面层；
[0013](3)通入甲基三氯硅烷、氢气、氩气，在PyC界面层表面沉积SiC界面层；
[0014](4)重复步骤(2)和(3)，使得PyC界面层和SiC界面层交替沉积，循环n次后，得到
(PyC/SiC)
n
多层界面层。
[0015]进一步地，步骤(2)中，通入甲烷与氮气的体积比为3～5：1。
[0016]进一步地，步骤(2)中，压强为1
‑
10kPa，温度为1050
‑
1150℃，沉积时间为1
‑
3h。
[0017]进一步地，步骤(3)中，通入甲基三氯硅烷、氢气与氩气的体积比为1:(5～10):(5～10)。
[0018]进一步地，步骤(3)中，压强为1
‑
5kPa，温度为900
‑
1200℃，沉积时间为0.5
‑
3h。
[0019]进一步地，在所述沉积室内的SiC纤维预制体表面沉积的(PyC/SiC)
n
多层界面层为长方体。
[0020]进一步地，该制备方法是在对现有传统立式炉进行改造后的新型立式炉(如图1所示)，即化学气相沉积(CVD)工艺工装中进行的，以实现(PyC/SiC)
n
多层界面层的均匀沉积。
[0021]CVD工艺工装包括沿气体流动方向依次连通的锥形通道结构、第一层气体分散结构、第二层气体分散结构、SiC方形沉积室和气体出口。其中第一层气体分散结构由第一层气体分散结构气体空间和第一层气体分散结构多孔石墨板组成，第二层气体分散结构由第二层气体分散结构气体空间和第二层气体分散结构多孔石墨板组成，第一层气体分散结构多孔石墨板上的通气孔还与所述锥形通道结构相连通，第二层气体分散结构多孔石墨板上的通气孔还与所述SiC方形沉积室相连通。
[0022]锥形通道结构的尺寸由入口端向出口端逐渐增大，让气体从入口端逐渐由小空间快速流入大空间。第一层气体分散结构的通气孔的孔径大于第二层气体分散结构上的通气孔的孔径，均呈阵列式排布，且第一层气体分散结构上通气孔的排布密度小于第二层气体分散结构上的通气孔，用于更好地分散反应气体到SiC方形沉积室。
[0023]该CVD工艺工装的作用原理是：锥形通道结构用于气体分散，使得反应气体从入口端逐渐由小空间快速流入大空间，再进入第一层气体分散结构，反应气体得到分散后进入第二层气体分散结构，反应气体再进一步得到分散后进入SiC方形沉积室，待沉积的长尺寸SiC纤维预制体水平放置于SiC方形沉积室内，反应气体进入SiC方形沉积室内均匀分散，最后均匀致密地沉积在置于SiC方形沉积室内的长尺寸SiC纤维预制体表面，制备得到长尺寸SiC
f
/SiC复合材料包壳的(PyC/SiC)
n
多层界面层。
[0024]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0025](1)本专利技术利用CVD工艺工装交替制备PyC界面层和SiC界面层形成(PyC/SiC)
n
多层界面层，从而提高了SiC
f
/SiC复合材料包壳的界面稳定性和力学性能。
[0026](2)本专利技术利用CVD工艺工装交替制备PyC界面层和SiC界面层形成(PyC/SiC)
n
多层界面层，实现了(PyC/SiC)
n
多层界面层的均匀沉积，也提高了SiC
f
/SiC复合材料包壳的抗氧化性能。
附图说明
[0027]图1为CVD工艺工装的结构示意图。
[0028]图2为实施例1制备得到的长尺寸SiC
f
/SiC复合材料包壳(PyC/SiC)
n
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种长尺寸SiC
f
/SiC复合材料包壳(PyC/SiC)
n
多层界面层，位于SiC纤维与SiC基体之间，其特征在于，由内向外依次由PyC界面层和SiC界面层交替沉积组成。2.根据权利要求1所述的一种长尺寸SiC
f
/SiC复合材料包壳(PyC/SiC)
n
多层界面层，其特征在于，所述(PyC/SiC)
n
多层界面层中的n为PyC界面层和SiC界面层交替沉积的次数，n的范围为1
‑
3。3.根据权利要求1所述的一种长尺寸SiC
f
/SiC复合材料包壳(PyC/SiC)
n
多层界面层，其特征在于，所述(PyC/SiC)
n
多层界面层的总厚度为100nm～1000nm。4.根据权利要求1所述的一种长尺寸SiC
f
/SiC复合材料包壳(PyC/SiC)
n
多层界面层，其特征在于，所述(PyC/SiC)
n
多层界面层采用化学气相沉积工艺制备。5.一种如权利要求1
‑
4任一所述的长尺寸SiC
f
/SiC复合材料包壳(PyC/SiC)
n
多层界面层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将SiC纤维预制体水平放置在沉积室内；(2)通入甲烷、氮气，在SiC纤维预制体表面沉积PyC界面层；(3)通入甲基三氯硅烷、氢气、氩气，在PyC界面层表面沉积SiC界面层；(4)重复步骤(2)和(3)，使得PyC界面层和SiC界面层交替沉积，循...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤哲鹏，董凯，王梦千，刘坤，程仁政，谢宇辉，
申请(专利权)人：核工业第八研究所，
类型：发明
国别省市：