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澳门威斯尼斯人行业智库丛书(第一卷)

2.2.2 SiC 陶瓷材料
      SiC 陶瓷材料因其具有高温强度高、抗蠕变、耐磨、耐腐蚀、高热导、中子经济性

好、与水不反应等优点,成为 ATF 重点关注的包壳材料之一。
      由 SiC 纤维及 SiC 基体材料组成的 SiC 复合编织材料,即 SiC CMC(Ceramic

Matrix Composite),是 SiC 包壳的基础。在 SiC CMC 内层增加一层高纯度 beta 相的
单体 SiC 层就形成双层 SiC 包壳结构。beta 相的单体 SiC 层具有良好的中子特性、
高温特性和导热性,而 SiC CMC 进一步提供强度和韧性。

      目前多层 SiC 设计是较为主流的碳化硅包壳研发方案,包括双层 SiC 结构、三
层 SiC 结构、SiC+Zr 合金混合结构。典型的多层 SiC 包壳结构由三层组成,即连续
纤维陶瓷复合材料(Continuous Fiber Ceramic Composites,CFCC),如图 5 所示,最
内层是防止裂变气体扩散的高纯度 beta 相的单体 SiC 层,中间层为连续 beta 相 SiC
复合纤维材料,最外层为化学沉积的很薄的超细晶粒单质 SiC 涂层,以提供密封性
并包容裂变气体。CFCC 是目前被认为比较有前景的 SiC 制作压水堆包壳管的可
行方案之一。

      虽然 SiC 包壳材料具有很多优势,然而当前 SiC 材料要达到商用程度,仍然需
要解决很多技术问题,包括焊接加工问题、经济性问题、辐照参数问题和安全审评
问题,等等。

                                                                   外层保护层

                                                                   中间纤维层
                                                                   内层陶瓷整体层
                                                                   核燃料空间

                                                                   冷却剂

                           图 5 三层 SiC 包壳管横截面结构

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