[发明专利]具有SiC涂层的SiCf/SiC复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种具有SiC涂层的SiC_f/SiC复合材料的制备方法，包括以下步骤：S1、将SiC纤维编织成SiC纤维编织件；S2、将SiC纤维编织件的SiC纤维表面沉积热解碳界面涂层，得带有界面涂层的SiC纤维编制件；S3、将带有界面涂层的SiC纤维编织件通过先驱体浸渍裂解工艺进行致密化处理，得SiC_f/SiC复合材料；裂解时的温度为1400℃～1800℃；S4、将SiC_f/SiC复合材料的表面通过化学气相沉积工艺沉积SiC涂层，得耐水热腐蚀的具有SiC涂层的SiC_f/SiC复合材料。本方法制备得到的具有SiC涂层的SiC_f/SiC复合材料耐水热腐蚀。

技术领域

本发明涉及核用SiC_f/SiC复合材料制备技术领域，尤其涉及一种具有SiC涂层的SiC_f/SiC复合材料的制备方法。

背景技术

能源是人类社会发展的基础，发展清洁能源是人类社会可持续发展的关键。核能具有资源消耗少、环境影响小和供应能力强等优点，是一种安全可靠的清洁能源。目前，国际能源供应形式日趋紧张，为了满足社会发展对能源的需要和更好地保护自然环境，核能已成为世界各国重点发展的清洁能源。

在核能的快速发展过程中，还存在着一系列技术问题。尤其是2011年3月12日日本发生福岛第一核电站事故后，核电安全已成为核能发展的第一要素。核电安全的核心在于防止反应堆中的放射性裂变产物泄漏到周围的环境。核燃料包壳是核动力反应堆的关键核心部件之一，其作用是防止裂变产物逸出，保持燃料棒的完整性。包壳材料工作在高温、高压和辐照条件下，运行工况非常苛刻，要求材料具有小的中子吸收截面、高的导热系数、强度高、韧性好、耐腐蚀、抗辐照、热稳定性好等。核能的先进性、安全可靠性和经济性与所用包壳材料的性能密切相关。锆合金是目前第二代和三代核反应堆广泛应用的包壳材料，但由于锆合金在450℃以上会发生相变，1093℃以上会与水发生锆水反应，硬度相对较低，易磨损，长期使用还会因吸氢反应而脆化。特别是严重事故工况下发生的锆水反应会产生大量的氢气，并在特定条件下发生爆燃或爆炸，严重危及核岛厂房和设施的完整性。美国三里岛核事故和日本福岛核都证明了锆合金堆芯结构材料的局限性。

连续碳化硅纤维增强碳化硅（SiC_f/SiC）复合材料具有低密度、高比强度、高比模量、耐高温、抗热震、低活化、耐辐照和耐腐蚀等优异性能，被认为是核燃料包壳管的理想候选材料。尤其是2011年日本福岛核电站事故后，为了提高商业反应堆的安全性和经济性，将SiC_f/SiC复合材料应用于商业轻水堆（LWR）的呼声日益升高。但是在轻水堆实际工况条件下，SiC_f/SiC复合材料包壳管要经受高温高压冷却水的冲刷，环境较为苛刻。目前，国内外关于SiC_f/SiC复合材料在高温高压冷却水中的稳定性研究较少，尤其是欧美等国家在该领域中的研究主要是针对单质SiC陶瓷，关于SiC_f/SiC复合材料在高温高压冷却水中的耐腐蚀性研究鲜有报道，该研究领域的滞后发展严重阻碍了SiC_f/SiC复合材料在商业反应堆中的工程化应用。先驱体浸渍裂解（PIP）工艺是目前制备SiC_f/SiC复合材料的主要制备方法之一，具有工艺成本低、设备要求简单，先驱体分子可设计，无需填加烧结助剂，易于制备大型复杂形状构件等优点，在SiC_f/SiC复合材料核燃料包壳管工业化生产最有前景的一种制备方法。但传统的PIP工艺制备温度较低，得到的SiC_f/SiC复合材料存在致密度低、结晶度和纯度较差等缺点，影响了SiC_f/SiC复合材料的耐水热腐蚀性能，严重制约了SiC_f/SiC复合材料在先进LWR中的商业应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种耐水热腐蚀的具有SiC涂层的SiC_f/SiC复合材料的制备方法。