料 等而應(yīng)用，另外還可作為薄膜或涂層涂覆于常見合金的表面。
[0063] 在本實(shí)施例中，該Ti3SiC2材料用于制備FLINAK熔鹽燃料包殼管。該FLINAK熔鹽 燃料包殼管的具體制備方法過程如下：
[0064] (1)稱取聚乙烯亞胺5g、聚乙烯醇10g、聚乙二醇5g、丙烯酰胺40g、N，N' 一亞甲 基雙丙烯酰胺2g，溶入200ml去離子水中，充分?jǐn)嚢枞芙饩鶆?，制成預(yù)混液；
[0065] (2)稱取800g上述Ti3SiC2材料粉體加入到該預(yù)混液中，球磨混勻，制成漿料；
[0066] (3)漿料經(jīng)真空除泡后倒入料漿槽中，控制漿料流出速度為20ml/min，流延至基帶 上，控制刀口與基帶的距離為50微米，即可制得厚度約為50微米的濕陶瓷膜片；
[0067] (4)陶瓷膜片經(jīng)凝膠后，在外徑為8mm的滾筒上滾繞20周，即可繞制成內(nèi)徑為8mm， 壁厚為1mm的Ti3SiC2陶瓷包殼管坯體；
[0068] (5)坯體經(jīng)50°C干燥20h;再在空氣中，以1°C/min的升溫速率升至600°C，排膠 4h；
[0069] (6)排膠之后的坯體再經(jīng)300MPa冷等靜壓30s，然后放入碳管爐中，以10°C/min 的升溫速率升至1450°C，在氬氣保護(hù)氣氛下無壓燒結(jié)4h，即可得到FLINAK熔鹽燃料Ti3SiC2 包殼管，其實(shí)物照片如圖5所示。
[0070] 實(shí)施例2 :
[0071] 本實(shí)施例中，首先對(duì)Ti3SiC2_10wt%SiC復(fù)合塊體材料進(jìn)行耐熔融氟鹽腐蝕試驗(yàn)。
[0072] 該復(fù)合材料為Ti3SiC2-10wt%SiC，隨后的腐蝕試驗(yàn)在700°CFLINAK熔鹽中進(jìn)行，腐 蝕時(shí)間為8天（192h)。具體過程如下：
[0073] 該Ti3SiC2_10wt%SiC復(fù)合塊體材料以Ti3SiC2陶瓷材料作為基體，以SiC作為復(fù)合 相，該復(fù)合相占基體含量的10wt%。
[0074]該復(fù)合塊體材料采用粉體燒結(jié)的方法制備，具體為：稱取適量商業(yè)Ti3SiC2和SiC 粉體，球磨混勻，干燥后放入石墨模具中，先單向加壓成素坯，然后放入放電等離子體燒結(jié) (SPS)爐中，在Ar氣氛保護(hù)下升溫至1350°C，并施加35MPa壓力，保溫時(shí)間為5min。
[0075] 上述制得的Ti3SiC2-10wt%SiC復(fù)合塊體材料的斷面SEM圖如圖6所示。從圖6可 以看出，燒結(jié)得到的復(fù)合材料非常致密。EDS結(jié)果表明圖6中的納米級(jí)球狀顆粒為SiC相， 微米級(jí)層狀晶為Ti3SiC2相，SiC納米晶均勻分散在Ti3SiC2基體中。
[0076] 該Ti3SiC2_10wt%SiC復(fù)合塊體材料的耐熔融氟鹽腐蝕實(shí)驗(yàn)方法與上述實(shí)施例1中 的實(shí)驗(yàn)方法完全相同。
[0077] 結(jié)果分析：分別采用游標(biāo)卡尺和分析天平來測(cè)量樣品尺寸和重量；采用SEM觀察 FLINAK熔鹽對(duì)樣品表面及斷面的影響；采用EDS觀測(cè)樣品表面及斷面的，結(jié)果如下。
[0078] (1)上述Ti3SiC2_10wt%SiC復(fù)合材料樣品經(jīng)FLINAK熔鹽腐蝕前后的尺寸及重量 測(cè)量結(jié)果表明，經(jīng)700°CFLINAK熔鹽腐蝕8天后，Ti3SiC2樣品的尺寸基本維持不變，平均單 位面積失重量為4mg/cm2,說明該Ti3SiC2-10wt%SiC樣品具有優(yōu)異的耐熔融氟鹽腐蝕性能。
[0079] (2)經(jīng)上述耐熔融氟鹽腐蝕實(shí)驗(yàn)后的11與(：2-10被°/說(：樣品的乂1?譜如圖7所示。 與圖2中的商業(yè)Ti3SiC2塊體材料樣品相比，該復(fù)合材料經(jīng)熔融氟鹽腐蝕后表面Ti3SiC2相 只發(fā)生部分分解，檢測(cè)到一些TiC相，Si元素的丟失明顯減弱，而商業(yè)Ti3SiC2塊體材料表 面Si元素完全丟失，表明SiC相的加入能顯著降低Si元素的選擇性溶解，從而降低熔融氟 鹽腐蝕速率，保持基體Ti3SiC2微觀結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。因此，與單相塊體Ti3SiC2材料相比，復(fù) 合相Ti3SiC2材料的耐熔融氟鹽腐蝕性明顯提高。
[0080] 因此，正如實(shí)施例1中的11與(：2單相材料，該Ti3SiC2基復(fù)合材料也可作為一種耐 熔融氟鹽腐蝕材料而應(yīng)用，并且其耐熔融氟鹽腐蝕性較商業(yè)Ti3SiC2材料明顯提高，因此是 一種綜合性能更加優(yōu)異的耐熔融氟鹽腐蝕材料，可作為熔鹽反應(yīng)堆用結(jié)構(gòu)材料，如包殼材 料、容器材料、管道材料等，也可作為以氟鹽為電解質(zhì)的乏燃料干法后處理用功能電極材料 等而應(yīng)用，另外還可作為薄膜或涂層涂覆于常見合金的表面。
[0081] 在本實(shí)施例中，，該Ti3SiC2基復(fù)合材料用于制備FLINAK熔鹽燃料包殼管。該 FLINAK熔鹽燃料包殼管的具體制備方法過程如下：
[0082] (1)稱取聚乙烯亞胺5g、聚乙烯醇10g、聚乙二醇5g、丙烯酰胺40g以及N，N'一亞 甲基雙丙烯酰胺2g，溶入200ml去離子水中，充分?jǐn)嚢枞芙饩鶆?，制成預(yù)混液；
[0083] (2)稱取800g Ti3SiC2粉體，80gSiC粉體，加入到預(yù)混液中，球磨混勻，制成漿料；
[0084] (3)漿料經(jīng)真空除泡后倒入料漿槽中，控制漿料流出速度為20ml/min，流延至基帶 上，控制刀口與基帶的距離為50微米，即可制得厚度約為50微米的濕陶瓷膜片；
[0085] (4)陶瓷膜片經(jīng)凝膠后，在外徑為8mm的滾筒上滾繞20周，即可繞制成內(nèi)徑為8mm， 壁厚為1mm的Ti3SiC2-SiC陶瓷包殼管坯體；
[0086] (5)坯體經(jīng)50°C干燥20h;再在空氣中，以1°C/min的升溫速率升至600°C，排膠 4h；
[0087] (6)排膠之后的坯體再經(jīng)300MPa冷等靜壓30s，然后放入碳管爐中，以10°C/ min的升溫速率升至1450°C，在氬氣保護(hù)氣氛下無壓燒結(jié)4h，即可得到FLINAK熔鹽燃料 Ti3SiC2-SiC陶瓷包殼管。
[0088] 實(shí)施例 3-11:
[0089] 類似上述實(shí)施例1與2,實(shí)施例3-11中也分別采用相同的方法制備核燃料包殼管， 其中的原材料、分散劑、增塑劑、粘結(jié)劑、燒結(jié)方法等參數(shù)如下表如示：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種核燃料包殼元件的制備方法，其特征是：將陶瓷材料制成漿料，真空除泡后通 過流延或者涂刮的方法在基帶上制成厚度為l〇um~10mm的陶瓷膜，然后繞制成包殼元件 坯體，再經(jīng)烘干、排膠、燒結(jié)以及表面處理后，得到核燃料用包殼元件； 所述的陶瓷材料是碳化硅、MAX相陶瓷材料、碳化硅與復(fù)合相構(gòu)成的碳化硅基復(fù)合陶瓷 材料、或者M(jìn)AX相與復(fù)合相構(gòu)成的MAX相基復(fù)合陶瓷材料。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的核燃料包殼元件的制備方法，其特征是：所述的碳化硅基復(fù) 合陶瓷材料中，復(fù)合相是MAX相、ZrB2、TiC、Ni、Mo、Nb、W、Cu、C、Ti、Hf、Ta中的一種或兩種 以上的組合。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的核燃料包殼元件的制備方法，其特征是：所述的MAX相基復(fù) 合陶瓷材料中，復(fù)合相是SiC、ZrB2、TiC、Ni、Mo、Nb、W、Cu、C、Ti、Hf、Ta中的一種或兩種以 上的組合。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的核燃料包殼元件的制備方法，其特征是：所述的MAX相陶瓷 材料是 Ti3SiC2、Ti3AlC2、Ti2AlC、Ti 2AlN、Ti4AlN3、Ti2SC、Ti3GeC 2、V2A1C、Cr2AlC、Nb4GeC3 中 的一種或兩種以上的組合。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的核燃料包殼元件的制備方法，其特征是：所述的碳化硅基復(fù) 合陶瓷材料中，復(fù)合相占碳化硅含量的0. 01~90wt% ;所述的MAX相基復(fù)合陶瓷材料中，復(fù) 合相占MAX相含量的0. 01~90wt%。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1、3、4或者5所述的核燃料包殼元件的制備方法，其特征是：所述的 MAX相陶瓷材料是Ti3SiC 2。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一權(quán)利要求所述的核燃料包殼元件的制備方法，其特征是： 所述的核燃料為熔融氟鹽。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的核燃料包殼元件的制備方法，其特征是：所述的熔融氟鹽為 FLINAK、FLiBe中的一種或兩種的組合。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一權(quán)利要求所述的核燃料包殼元件的制備方法，其特征是： 所述的陶瓷材料采用常規(guī)電阻燒結(jié)、微波燒結(jié)、熱壓燒結(jié)或放電等離子快速燒結(jié)技術(shù)制備。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種核燃料包殼元件的制備方法。該方法選用MAX相陶瓷材料、碳化硅、MAX相基復(fù)合陶瓷材料或者碳化硅基復(fù)合陶瓷材料，將該陶瓷材料制成漿料，真空除泡后通過流延或者涂刮的方法在基帶上制成厚度為10um～10mm的陶瓷膜，然后繞制成包殼元件坯體，再經(jīng)烘干、排膠、燒結(jié)，以及表面處理而制得核燃料包殼元件。該制備方法簡(jiǎn)單易行、成本低、克服了陶瓷材料難以加工的弱點(diǎn)，并且生產(chǎn)效率高、周期短、易于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。當(dāng)該陶瓷材料為Ti3SiC2基陶瓷材料時(shí)，還具有耐熔融氟鹽腐蝕特性，能夠作為核反應(yīng)堆中氟鹽燃料包殼元件材料而應(yīng)用，因此滿足了以釷為基礎(chǔ)的第四代裂變反應(yīng)堆核能系統(tǒng)中對(duì)結(jié)構(gòu)材料的實(shí)際需求。
【IPC分類】C04B35-515, G21C3-07, C04B35-565, C04B35-58, C04B35-634
【公開號(hào)】CN104628395
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310548988
【發(fā)明人】黃慶, 周小兵, 王俊平, 鄧啟煌, 申璐, 周潔
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所
【公開日】2015年5月20日
【申請(qǐng)日】2013年11月7日