CN103818056A - SiC/SiC复合材料包壳管的多层结构及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
SiC/SiC复合材料包壳管的多层结构及其制备方法。该SiC/SiC复合材料管的多层结构由SiC晶须增韧SiC复合材料层和连续SiC纤维增韧SiC复合材料层根据设计需要交替叠合组成。对于三层叠合结构，是以SiC晶须增韧SiC复合材料层为内层，连续SiC纤维增韧SiC复合材料作为中间层以及SiC晶须增韧SiC复合材料作为外层；对于更多层结构，可以根据设计需要继续交替叠合构成。多层结构中SiC晶须增韧SiC复合材料层主要起到密封防渗漏作用，同时具有较高的强度和韧性，连续SiC纤维增韧SiC复合材料层起强度支撑作用，这种SiC/SiC复合材料包壳管的多层结构具有高的抗裂纹产生能力，高热导，高比刚度，高比强度以及优秀的抗热冲击等能力。
Description
技术领域
本发明涉及材料领域，具体是用于核反应堆燃料的一种SiC/SiC复合材料包壳管的多层结构及其制备方法。
背景技术
传统的核反应堆装置中，燃料是盛放在锆或者钢合金的真空密封金属管(燃料包壳)中。在正常操作过程或者意外事故中，这些燃料包壳都要确保裂变产物和辐射气体始终保留在包壳内，不能释放到冷却剂中。传统的金属包壳管存在着较多问题。第一，金属包壳相对较软，在放置入冷却系统里，容易和残渣发生接触，产生外壳磨损并出现缺口，从而导致裂变产物外泄致冷却剂的严重事故。第二，包壳金属在1000℃的水蒸气环境下，会发生热变形，导致热量传输延缓，加剧包壳发生灾难性事故的发生，例如美国三里岛核电站事故。第三，大多数金属在高温下强度很低，例如，在民用核反应堆1200℃温度下，锆基合金会失去强度，在内部高气压的裂变产物膨胀下严重变形，阻止冷却剂的顺利流动，导致事故发生。
文献1“The first step for delayed hydride cracking in zirconium alloys.G.A.McRae,C.E.Coleman,B.W.Leitch.Journal of Nuclear Materials.2010,1[396]:130-144.”中主要详细分析介绍了锆合金管在高温下裂纹缺口产生的初始原因。
文献2“Fracture behaviour of zirconium alloy pressure tubes for Canadian nuclearpower reactors.W.J.Langford,L.E.J.Mooder.International Journal of Pressure Vessels andPiping.1978,4[6],275-310.”中介绍了加拿大核反应堆锆合金管的断裂行为。
为了解决上述问题，研究人员研究发明了多种结构陶瓷管。在专利US2006/0039524A1中公开了一种多层陶瓷管的结构设计，具体介绍了各层组分及制造流程，其内层和外层均为单晶SiC。在专利US2011/0170653A1中公开了一种多种组分的多层结构陶瓷管，内层和外层主要是TiC、ZrC以及Ti3SiC2，内层为SiCf/SiC复合材料。
本发明提供了一种SiC/SiC复合材料包壳管的多层结构及其制备方法。该SiC/SiC复合材料管的多层结构由SiC晶须增韧SiC复合材料层和连续SiC纤维增韧SiC复合材料层根据设计需要交替叠合组成。对于三层叠合结构，是以SiC晶须增韧SiC复合材料层为内层，连续SiC纤维增韧SiC复合材料作为中间层以及SiC晶须增韧SiC复合材料作为外层；对于更多层结构，可以根据设计需要继续交替叠合构成。多层结构中SiC晶须增韧SiC复合材料层主要起到密封防渗漏作用，同时具有较高的强度和韧性，连续SiC纤维增韧SiC复合材料层起强度支撑作用，这种SiC/SiC复合材料包壳管的多层结构具有高的抗裂纹产生能力，高热导，高比刚度，高比强度以及优秀的抗热冲击等能力。
发明内容
为了解决现有技术中存在的强度、韧性不足以及热导率不高的问题，本发明提出了一种SiC/SiC复合材料包壳管的多层结构及其制备方法。
一种SiC/SiC复合材料包壳管的多层结构，其特征在于：由SiC晶须增韧SiC复合材料层和SiCf增韧SiC复合材料层交替叠合构成多层结构。
当多层结构结构为三层结构时，内层为SiC晶须增韧SiC复合材料层，中间层为SiCf增韧SiC复合材料层，外层为SiC晶须增韧SiC复合材料层。
一种制备所述SiC/SiC复合材料包壳管的多层结构的方法，其特征在于制备SiC晶须增韧SiC复合材料层的步骤如下：
步骤（a1）以体积分数为20～40%的酒精为溶液，分散SiC晶须与SiC颗粒形成的混合粉料，分散后烘干；所述混合粉料中SiC晶须和SiC颗粒体积比为1:1～3:1；
步骤（b1）混合粉料体积分数为30～50%，溶剂乙醇体积分数为40～70%，分散剂磷酸三乙酯体积分数为3～4%，混合后球磨5～8h得到浆料；
步骤（c1）在上述浆料中，加入粘结剂PVB体积分数2～3%，增塑剂丙三醇体积分数2～3%，再球磨5～9h后；真空除气泡20～40min，制得稳定混合浆料；
步骤（d1）将空心石墨管垂直浸入稳定混合浆料中，以5～15mm/min的提拉速度垂直向上提拉空心石墨管；重复本过程使得空心石墨管上浆料包覆厚度为0.2～0.5mm；
步骤（e1）将包覆浆料的空心石墨管置于阴凉通风处风干，风干时间为0.5～2h得到复合材料管；
步骤（f1）在复合材料管上采用化学气相渗透法沉积SiC基体，沉积条件为：以三氯甲基硅烷为源物质，以氢气为稀释气体，以氩气为保护气体，以氢气为载气，沉积温度为900～1100℃，沉积时间为60～90h，完成单层SiC晶须结合SiC颗粒复合材料的制备，得到具有SiC晶须结合SiC颗粒复合材料层的内层管；所述氢气和三氯甲基硅烷的摩尔比为11:1～8:1；所述载气氢气流量为3～5L/min；所述稀释氢气的流量为1～2L/min；所述保护氩气的流量为3～5L/min。
一种制备所述SiC/SiC复合材料包壳管的多层结构的方法，其特征在于制备SiCf增韧SiC复合材料层的步骤如下：
步骤（a2）在内层管上编织SiC纤维预制体得到复合材料管，编织结构为3D织物结构，编织参数为：SiC纤维线密度为0.25～1K，编织角度为45°，编织厚度为0.2～1mm，纤维体积分数为20～50%；
步骤（b2）在复合材料管上采用化学气相渗透法沉积热解碳(PyC)界面，沉积条件为：以丙烯为源物质，以氩气为稀释气体，沉积温度为750～950℃，沉积时间为100～130h，完成SiC纤维界面层的沉积；
步骤（c2）再采用化学气相渗透法沉积SiC基体，沉积条件为：以氢气为载气，沉积温度为900～1100℃，沉积时间为60～90h，完成单层SiCf增韧SiC复合材料层的制备；所述氢气和三氯甲基硅烷的摩尔比为11:1～8:1；所述载气氢气流量为3～5L/min；所述稀释氢气的流量为1～2L/min；所述保护氩气的流量为3～5L/min。
一种制备所述SiC/SiC复合材料包壳管的多层结构的方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：在空心石墨管制备SiC晶须增韧SiC复合材料层；
步骤2：在步骤1制备完成空心石墨管的SiC晶须增韧SiC复合材料层上制备SiCf增韧SiC复合材料层；
步骤3：在步骤2制备完成空心石墨管的SiCf增韧SiC复合材料层制备上SiC晶须增韧SiC复合材料层；
步骤4：重复步骤2～步骤3直至满足多层要求，然后将结构中的空心石墨管脱去，得到SiC/SiC复合材料包壳管的多层结构。
一种制备所述SiC/SiC复合材料包壳管的多层结构的方法，其特征在于当多层结构结构为三层结构时的步骤如下：
步骤1、在空心石墨管制备SiC晶须增韧SiC复合材料内层：
步骤（a1）以体积分数为20～40%的酒精为溶液，分散SiC晶须与SiC颗粒形成的混合粉料，分散后烘干；所述混合粉料中SiC晶须和SiC颗粒体积比为1:1～3:1；
步骤（b1）混合粉料体积分数为30～50%，溶剂乙醇体积分数为40～70%，分散剂磷酸三乙酯体积分数为3～4%，混合后球磨5～8h得到浆料；
步骤（c1）在上述浆料中，加入粘结剂PVB体积分数2～3%，增塑剂丙三醇体积分数2～3%，再球磨5～9h后；真空除气泡20～40min，制得稳定混合浆料；
步骤（d1）将空心石墨管垂直浸入稳定混合浆料中，以5～15mm/min的提拉速度垂直向上提拉空心石墨管；重复本过程使得空心石墨管上浆料包覆厚度为0.2～0.5mm；
步骤（e1）将包覆浆料的空心石墨管置于阴凉通风处风干，风干时间为0.5～2h得到复合材料管；
步骤（f1）在复合材料管上采用化学气相渗透法沉积SiC基体，沉积条件为：以三氯甲基硅烷为源物质，以氢气为稀释气体，以氩气为保护气体，以氢气为载气，沉积温度为900～1100℃，沉积时间为60～90h，完成单层SiC晶须结合SiC颗粒复合材料的制备，得到具有SiC晶须结合SiC颗粒复合材料层的内层管；所述氢气和三氯甲基硅烷的摩尔比为11:1～8:1；所述载气氢气流量为3～5L/min；所述稀释氢气的流量为1～2L/min；所述保护氩气的流量为3～5L/min；
步骤2、制备SiCf增韧SiC复合材料中间层：
步骤（a2）在内层管上编织SiC纤维预制体得到复合材料管，编织结构为3D织物结构，编织参数为：SiC纤维线密度为0.25～1K，编织角度为45°，编织厚度为0.2～1mm，纤维体积分数为20～50%；
步骤（b2）在复合材料管上采用化学气相渗透法沉积热解碳(PyC)界面，沉积条件为：以丙烯为源物质，以氩气为稀释气体，沉积温度为750～950℃，沉积时间为100～130h，完成SiC纤维界面层的沉积；
步骤（c2）再采用化学气相渗透法沉积SiC基体，沉积条件为：以氢气为载气，沉积温度为900～1100℃，沉积时间为60～90h，完成单层SiCf增韧SiC复合材料层的制备；所述氢气和三氯甲基硅烷的摩尔比为11:1～8:1；所述载气氢气流量为3～5L/min；所述稀释氢气的流量为1～2L/min；所述保护氩气的流量为3～5L/min；
步骤3、制备SiC晶须增韧SiC复合材料外层：
步骤（a3）以体积分数为20～40%的酒精为溶液，分散SiC晶须与SiC颗粒形成的混合粉料，分散后烘干；所述混合粉料中SiC晶须和SiC颗粒体积比为1:1～3:1；
步骤（b3）混合粉料体积分数为30～50%，溶剂乙醇体积分数为40～70%，分散剂磷酸三乙酯体积分数为3～4%，混合后球磨5～8h得到浆料；
步骤（c3）在上述浆料中，加入粘结剂PVB体积分数2～3%，增塑剂丙三醇体积分数2～3%，再球磨5～9h后；真空除气泡20～40min，制得稳定混合浆料；
步骤（d3）将步骤（c2）完成的SiCf增韧SiC复合材料中层的空心石墨管垂直浸入稳定混合浆料中，以5～15mm/min的提拉速度垂直向上提拉步骤2制备的空心石墨管；重复本过程使得空心石墨管上浆料包覆厚度为0.2～0.5mm；
步骤（e3）将包覆浆料的空心石墨管置于阴凉通风处风干，风干时间为0.5～2h得到复合材料管；
步骤（f3）在复合材料管上采用化学气相渗透法沉积SiC基体，沉积条件为：以三氯甲基硅烷为源物质，以氢气为稀释气体，以氩气为保护气体，以氢气为载气，沉积温度为900～1100℃，沉积时间为60～90h，完成单层SiC晶须结合SiC颗粒复合材料的制备，得到具有SiC晶须结合SiC颗粒复合材料层的内层管；所述氢气和三氯甲基硅烷的摩尔比为11:1～8:1；所述载气氢气流量为3～5L/min；所述稀释氢气的流量为1～2L/min；所述保护氩气的流量为3～5L/min；
步骤4：将步骤3所制备的SiC/SiC复合材料包壳管的三层结构中的空心石墨管脱去，得到SiC/SiC复合材料包壳管的三层结构。
所述步骤（a1）的分散是超声30～50分钟，磁力搅拌2～4小时。
本发明设计出了一种满足核用条件且强度高、热导高和韧性好的SiC/SiC复合材料包壳管的多层结构，图1为该管多层结构示意图。本发明利用流延挂浆结合化学气相渗透方法制备SiC/SiC复合材料包壳管的多层结构，该过程避免了烧结助剂的存在；避免了复合材料内残余硅；排除了高温高压烧结困难及存在爆炸危险等问题。图3为制备的SiC/SiC复合材料包壳管的多层结构照片。
附图说明
图1为本发明SiC/SiC复合材料包壳管的多层结构的制备工艺流程图；
图2是本发明中SiC/SiC复合材料包壳管的多层结构设计示意图；
1-空心石墨管，2-SiC晶须结合SiC颗粒复合材料层，3-SiCf增韧SiC复合材料层，4-SiC晶须结合SiC颗粒复合材料层；
图3为所制SiC/SiC复合材料包壳管的多层结构照片。
具体实施方式
实施例一
本实施例是一种SiC/SiC复合材料包壳管的多层结构及其制备方法，具体设计是：
一种SiC/SiC复合材料的三层结构及其制备方法，包括
内层为SiC晶须增韧SiC复合材料层；
中间层为SiCf增韧SiC复合材料层；
外层为SiC晶须增韧SiC复合材料层；
SiC/SiC复合材料包壳管的三层结构的具体制备方法是：
步骤1：制备SiC晶须增韧SiC复合材料管内层，具体过程是：
（a1）以体积分数为40%的酒精为溶液，分散SiC晶须与SiC颗粒形成的混合粉料，分散后进行烘干；所述分散是超声30分钟，磁力搅拌2小时；所述混合粉料中SiC晶须和SiC颗粒体积比为1:1；
（b1）混合粉料体积分数为40%，溶剂乙醇体积分数为50%，分散剂磷酸三乙酯体积分数为3%，球磨7h；
（c1）在上述浆料中，加入粘结剂PVB体积分数3%，增塑剂丙三醇体积分数4%，球磨7h；
（d1）真空除气泡20min，制得稳定混合浆料；
（e1）将空心石墨管垂直浸入步骤1（d）所制成的稳定混合浆料中，以缓慢、均匀的速度垂直向上提拉空心石墨管，提拉速度为10mm/min；
（f1）重复步骤1（e），使得空心石墨管上浆料包覆厚度为0.2mm；
（g1）将包覆浆料的空心石墨管置于阴凉通风处风干，风干时间为1h；
（h1）在步骤1（g）制备的复合材料管上采用化学气相渗透法沉积SiC基体，沉积条件为：以三氯甲基硅烷为源物质，以氢气为稀释气体，以氩气为保护气体，以氢气为载气，沉积温度为1050℃，沉积时间为72h，完成单层SiC晶须结合SiC颗粒复合材料的制备；所述氢气和三氯甲基硅烷的摩尔比为10:1；所述载气氢气流量为3L/min；所述稀释氢气的流量为1L/min；所述保护氩气的流量为3L/min；
步骤2：制备SiCf/SiC复合材料管的中间层，具体过程是：
（a2）在步骤1（h）制备而成的复合材料管上将SiC纤维编织缠绕上去，编制结构为3D织物结构，编织参数为：SiC纤维线密度为0.5K，编织角度为45°，编织厚度为0.2mm，纤维体积分数为40%；
（b2）在步骤2（a）制备的复合材料管上采用化学气相渗透法沉积热解碳(PyC)界面，沉积条件为：以丙烯为源物质，以氩气为稀释气体，沉积温度为870℃，沉积时间为120h，完成SiC纤维界面层的沉积；
（c2）步骤2（b）制备的复合材料管上采用化学气相渗透法沉积SiC基体，沉积条件为：以氢气为载气，沉积温度为1050℃，沉积时间为72h，完成单层SiCf增韧SiC复合材料层的制备；所述氢气和三氯甲基硅烷的摩尔比为10:1；所述载气氢气流量为3L/min；所述稀释氢气的流量为1L/min；所述保护氩气的流量为3L/min；
步骤3：以步骤2制备的复合材料管为基础，重复步骤1在复合材料管上制备SiC晶须增韧SiC复合材料管外层；
步骤4：将步骤3所制备的SiC/SiC复合材料包壳管的三层结构中空心石墨管脱掉。
实施例二
本实施例是一种SiC/SiC复合材料包壳管的多层结构的制备方法，具体设计是：
一种SiC/SiC复合材料包壳管的四层结构，包括
最内层为SiC晶须增韧SiC复合材料层；
第二层为SiCf增韧SiC复合材料层；
第三层是SiC晶须增韧SiC复合材料层；
最外层是SiCf增韧SiC复合材料层；
SiC/SiC复合材料包壳管的四层结构的具体制备方法是：
步骤1：制备SiC晶须增韧SiC复合材料管内层，具体过程是：
（a1）以体积分数为50%的酒精为溶液，分散SiC晶须与SiC颗粒形成的混合粉料，分散后进行烘干；所述分散是超声40分钟，磁力搅拌2小时；所述混合粉料中SiC晶须和SiC颗粒体积比为2:1；
（b1）混合粉料体积分数为50%，溶剂乙醇体积分数为40%，分散剂磷酸三乙酯体积分数为4%，球磨7h；
（c1）在上述浆料中，加入粘结剂PVB体积分数3%，增塑剂丙三醇体积分数3%，球磨7h；
（d1）真空除气泡30min，制得稳定混合浆料；
（e1）将空心石墨管垂直浸入步骤1（d）所制成的稳定混合浆料中，以缓慢、均匀的速度垂直向上提拉空心石墨管，提拉速度为5mm/min；
（f1）重复步骤1（e），使得空心石墨管上浆料包覆厚度为0.5mm；
（g1）将包覆浆料的空心石墨管置于阴凉通风处风干，风干时间为2h；
（h1）在步骤1（g）制备的复合材料管上采用化学气相渗透法沉积SiC基体，沉积条件为：以三氯甲基硅烷为源物质，以氢气为稀释气体，以氩气为保护气体，以氢气为载气，沉积温度为1000℃，沉积时间为80h，完成单层SiC晶须结合SiC颗粒复合材料的制备；所述氢气和三氯甲基硅烷的摩尔比为10:1；所述载气氢气流量为3L/min；所述稀释氢气的流量为1L/min；所述保护氩气的流量为3L/min；
步骤2：制备SiCf/SiC复合材料管的第二层，具体过程是：
（a2）在步骤1（h）制备而成的复合材料管上将SiC纤维编织缠绕上去，编制结构为3D织物结构，编织参数为：SiC纤维线密度为0.5K，编织角度为45°，编织厚度为0.2mm，纤维体积分数为40%；
（b2）在步骤2（a）制备的复合材料管上采用化学气相渗透法沉积热解碳(PyC)界面，沉积条件为：以丙烯为源物质，以氩气为稀释气体，沉积温度为870℃，沉积时间为120h，完成SiC纤维界面层的沉积；
（c2）步骤2（b）制备的复合材料管上采用化学气相渗透法沉积SiC基体，沉积条件为：以氢气为载气，沉积温度为1000℃，沉积时间为80h，完成单层SiCf增韧SiC复合材料层的制备；所述氢气和三氯甲基硅烷的摩尔比为10:1；所述载气氢气流量为3L/min；所述稀释氢气的流量为1L/min；所述保护氩气的流量为3L/min；
步骤3：以步骤2制备的复合材料管为基础，重复步骤1在复合材料管上制备SiC晶须增韧SiC复合材料管第三层；
步骤4：以步骤3制备的复合材料管为基础，重复步骤2在复合材料管上制备SiC纤维增韧SiC复合材料管最外层；
步骤5：将步骤4所制备的SiC/SiC复合材料包壳管的四层结构中空心石墨管脱掉。
实施例三
本实施例是一种SiC/SiC复合材料包壳管的三层结构的制备方法，具体设计是：
一种SiC/SiC复合材料包壳管的三层结构，包括
内层为SiC晶须增韧SiC复合材料层；
中间层为SiCf增韧SiC复合材料层；
外层为SiC晶须增韧SiC复合材料层；
SiC/SiC复合材料包壳管的三层结构的具体制备方法是：
步骤1：制备SiC晶须增韧SiC复合材料管内层，具体过程是：
（a1）以体积分数为40%的酒精为溶液，分散SiC晶须与SiC颗粒形成的混合粉料，分散后进行烘干；所述分散是超声30分钟，磁力搅拌2小时；所述混合粉料中SiC晶须和SiC颗粒体积比为3:1；
（b1）混合粉料体积分数为45%，溶剂乙醇体积分数为45%，分散剂磷酸三乙酯体积分数为3%，球磨7h；
（c1）在上述浆料中，加入粘结剂PVB体积分数4%，增塑剂丙三醇体积分数3%，球磨7h；
（d1）真空除气泡30min，制得稳定混合浆料；
（e1）将空心石墨管垂直浸入步骤1（d）所制成的稳定混合浆料中，以缓慢、均匀的速度垂直向上提拉空心石墨管，提拉速度为10mm/min；
（f1）重复步骤1（e），使得空心石墨管上浆料包覆厚度为1mm；
（g1）将包覆浆料的空心石墨管置于阴凉通风处风干，风干时间为2h；
（h1）在步骤1（g）制备的复合材料管上采用化学气相渗透法沉积SiC基体，沉积条件为：以三氯甲基硅烷为源物质，以氢气为稀释气体，以氩气为保护气体，以氢气为载气，沉积温度为1050℃，沉积时间为80h，完成单层SiC晶须结合SiC颗粒复合材料的制备；所述氢气和三氯甲基硅烷的摩尔比为10:1；所述载气氢气流量为3L/min；所述稀释氢气的流量为1L/min；所述保护氩气的流量为3L/min；
步骤2：制备SiCf/SiC复合材料管的中间层，具体过程是：
（a2）在步骤1（h）制备而成的复合材料管上将SiC纤维编织缠绕上去，编制结构为3D织物结构，编织参数为：SiC纤维线密度为0.5K，编织角度为45°，编织厚度为0.2mm，纤维体积分数为40%；
（b2）在步骤2（a）制备的复合材料管上采用化学气相渗透法沉积热解碳(PyC)界面，沉积条件为：以丙烯为源物质，以氩气为稀释气体，沉积温度为870℃，沉积时间为120h，完成SiC纤维界面层的沉积；
（c2）步骤2（b）制备的复合材料管上采用化学气相渗透法沉积SiC基体，沉积条件为：以氢气为载气，沉积温度为1050℃，沉积时间为80h，完成单层SiCf增韧SiC复合材料层的制备；所述氢气和三氯甲基硅烷的摩尔比为10:1；所述载气氢气流量为3L/min；所述稀释氢气的流量为1L/min；所述保护氩气的流量为3L/min；
步骤3：以步骤2制备的复合材料管为基础，重复步骤1在复合材料管上制备SiC晶须增韧SiC复合材料管外层；
步骤4：将步骤3所制备的多层SiC/SiC复合材料管中空心石墨管脱掉。
Claims (7)
1.一种SiC/SiC复合材料包壳管的多层结构，其特征在于：由SiC晶须增韧SiC复合材料层和SiCf增韧SiC复合材料层交替叠合构成多层结构。
2.根据权利要求1所述的SiC/SiC复合材料包壳管的多层结构，其特征在于：当多层结构结构为三层结构时，内层为SiC晶须增韧SiC复合材料层，中间层为SiCf增韧SiC复合材料层，外层为SiC晶须增韧SiC复合材料层。
3.一种制备权利要求1所述SiC/SiC复合材料包壳管的多层结构的方法，其特征在于制备SiC晶须增韧SiC复合材料层的步骤如下：
步骤（a1）以体积分数为20～40%的酒精为溶液，分散SiC晶须与SiC颗粒形成的混合粉料，分散后烘干；所述混合粉料中SiC晶须和SiC颗粒体积比为1:1～3:1；
步骤（b1）混合粉料体积分数为30～50%，溶剂乙醇体积分数为40～70%，分散剂磷酸三乙酯体积分数为3～4%，混合后球磨5～8h得到浆料；
步骤（c1）在上述浆料中，加入粘结剂PVB体积分数2～3%，增塑剂丙三醇体积分数2～3%，再球磨5～9h后；真空除气泡20～40min，制得稳定混合浆料；
步骤（d1）将空心石墨管垂直浸入稳定混合浆料中，以5～15mm/min的提拉速度垂直向上提拉空心石墨管；重复本过程使得空心石墨管上浆料包覆厚度为0.2～0.5mm；
步骤（e1）将包覆浆料的空心石墨管置于阴凉通风处风干，风干时间为0.5～2h得到复合材料管；
步骤（f1）在复合材料管上采用化学气相渗透法沉积SiC基体，沉积条件为：以三氯甲基硅烷为源物质，以氢气为稀释气体，以氩气为保护气体，以氢气为载气，沉积温度为900～1100℃，沉积时间为60～90h，完成单层SiC晶须结合SiC颗粒复合材料的制备，得到具有SiC晶须结合SiC颗粒复合材料层的内层管；所述氢气和三氯甲基硅烷的摩尔比为11:1～8:1；所述载气氢气流量为3～5L/min；所述稀释氢气的流量为1～2L/min；所述保护氩气的流量为3～5L/min。
4.一种制备权利要求1所述SiC/SiC复合材料包壳管的多层结构的方法，其特征在于制备SiCf增韧SiC复合材料层的步骤如下：
步骤（a2）在内层管上编织SiC纤维预制体得到复合材料管，编织结构为3D织物结构，编织参数为：SiC纤维线密度为0.25～1K，编织角度为45°，编织厚度为0.2～1mm，纤维体积分数为20～50%；
步骤（b2）在复合材料管上采用化学气相渗透法沉积热解碳(PyC)界面，沉积条件为：以丙烯为源物质，以氩气为稀释气体，沉积温度为750～950℃，沉积时间为100～130h，完成SiC纤维界面层的沉积；
步骤（c2）再采用化学气相渗透法沉积SiC基体，沉积条件为：以氢气为载气，沉积温度为900～1100℃，沉积时间为60～90h，完成单层SiCf增韧SiC复合材料层的制备；所述氢气和三氯甲基硅烷的摩尔比为11:1～8:1；所述载气氢气流量为3～5L/min；所述稀释氢气的流量为1～2L/min；所述保护氩气的流量为3～5L/min。
5.一种制备权利要求1所述SiC/SiC复合材料包壳管的多层结构的方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：在空心石墨管制备SiC晶须增韧SiC复合材料层；
步骤2：在步骤1制备完成空心石墨管的SiC晶须增韧SiC复合材料层上制备SiCf增韧SiC复合材料层；
步骤3：在步骤2制备完成空心石墨管的SiCf增韧SiC复合材料层制备上SiC晶须增韧SiC复合材料层；
步骤4：重复步骤2～步骤3直至满足多层要求，然后将结构中的空心石墨管脱去，得到SiC/SiC复合材料包壳管的多层结构。
6.一种制备权利要求2所述SiC/SiC复合材料包壳管的多层结构的方法，其特征在于当多层结构结构为三层结构时的步骤如下：
步骤1、在空心石墨管制备SiC晶须增韧SiC复合材料内层：
步骤（a1）以体积分数为20～40%的酒精为溶液，分散SiC晶须与SiC颗粒形成的混合粉料，分散后烘干；所述混合粉料中SiC晶须和SiC颗粒体积比为1:1～3:1；
步骤（b1）混合粉料体积分数为30～50%，溶剂乙醇体积分数为40～70%，分散剂磷酸三乙酯体积分数为3～4%，混合后球磨5～8h得到浆料；
步骤（c1）在上述浆料中，加入粘结剂PVB体积分数2～3%，增塑剂丙三醇体积分数2～3%，再球磨5～9h后；真空除气泡20～40min，制得稳定混合浆料；
步骤（d1）将空心石墨管垂直浸入稳定混合浆料中，以5～15mm/min的提拉速度垂直向上提拉空心石墨管；重复本过程使得空心石墨管上浆料包覆厚度为0.2～0.5mm；
步骤（e1）将包覆浆料的空心石墨管置于阴凉通风处风干，风干时间为0.5～2h得到复合材料管；
步骤（f1）在复合材料管上采用化学气相渗透法沉积SiC基体，沉积条件为：以三氯甲基硅烷为源物质，以氢气为稀释气体，以氩气为保护气体，以氢气为载气，沉积温度为900～1100℃，沉积时间为60～90h，完成单层SiC晶须结合SiC颗粒复合材料的制备，得到具有SiC晶须结合SiC颗粒复合材料层的内层管；所述氢气和三氯甲基硅烷的摩尔比为11:1～8:1；所述载气氢气流量为3～5L/min；所述稀释氢气的流量为1～2L/min；所述保护氩气的流量为3～5L/min；
步骤2、制备SiCf增韧SiC复合材料中间层：
步骤（a2）在内层管上编织SiC纤维预制体得到复合材料管，编织结构为3D织物结构，编织参数为：SiC纤维线密度为0.25～1K，编织角度为45°，编织厚度为0.2～1mm，纤维体积分数为20～50%；
步骤（b2）在复合材料管上采用化学气相渗透法沉积热解碳(PyC)界面，沉积条件为：以丙烯为源物质，以氩气为稀释气体，沉积温度为750～950℃，沉积时间为100～130h，完成SiC纤维界面层的沉积；
步骤（c2）再采用化学气相渗透法沉积SiC基体，沉积条件为：以氢气为载气，沉积温度为900～1100℃，沉积时间为60～90h，完成单层SiCf增韧SiC复合材料层的制备；所述氢气和三氯甲基硅烷的摩尔比为11:1～8:1；所述载气氢气流量为3～5L/min；所述稀释氢气的流量为1～2L/min；所述保护氩气的流量为3～5L/min；
步骤3、制备SiC晶须增韧SiC复合材料外层：
步骤（a3）以体积分数为20～40%的酒精为溶液，分散SiC晶须与SiC颗粒形成的混合粉料，分散后烘干；所述混合粉料中SiC晶须和SiC颗粒体积比为1:1～3:1；
步骤（b3）混合粉料体积分数为30～50%，溶剂乙醇体积分数为40～70%，分散剂磷酸三乙酯体积分数为3～4%，混合后球磨5～8h得到浆料；
步骤（c3）在上述浆料中，加入粘结剂PVB体积分数2～3%，增塑剂丙三醇体积分数2～3%，再球磨5～9h后；真空除气泡20～40min，制得稳定混合浆料；
步骤（d3）将步骤（c2）完成的SiCf增韧SiC复合材料中层的空心石墨管垂直浸入稳定混合浆料中，以5～15mm/min的提拉速度垂直向上提拉步骤2制备的空心石墨管；重复本过程使得空心石墨管上浆料包覆厚度为0.2～0.5mm；
步骤（e3）将包覆浆料的空心石墨管置于阴凉通风处风干，风干时间为0.5～2h得到复合材料管；
步骤（f3）在复合材料管上采用化学气相渗透法沉积SiC基体，沉积条件为：以三氯甲基硅烷为源物质，以氢气为稀释气体，以氩气为保护气体，以氢气为载气，沉积温度为900～1100℃，沉积时间为60～90h，完成单层SiC晶须结合SiC颗粒复合材料的制备，得到具有SiC晶须结合SiC颗粒复合材料层的内层管；所述氢气和三氯甲基硅烷的摩尔比为11:1～8:1；所述载气氢气流量为3～5L/min；所述稀释氢气的流量为1～2L/min；所述保护氩气的流量为3～5L/min；
步骤4：将步骤3所制备的SiC/SiC复合材料包壳管的三层结构中的空心石墨管脱去，得到SiC/SiC复合材料包壳管的三层结构。
7.根据权利要求3或6所述的制备方法，其特征在于所述步骤（a1）的分散是超声30～50分钟，磁力搅拌2～4小时。
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