CN105130506A - 在球形石墨材料表面制备SiC涂层的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了在球形石墨材料表面制备SiC涂层的方法，该方法包括：(1)将Si粉、SiC粉、Al₂O₃粉和石墨粉混合，以便得到包埋粉料；(2)将球形石墨材料包埋于包埋粉料中，并将所得到的包埋混合物震实，得到经过震实的包埋混合物；(3)在氩气气氛中，将经过震实的包埋混合物进行烧结处理，以便得到烧结处理产物；(4)在通入甲基三氯硅烷、氢气和氩气的条件下，于喷动式流化床中将烧结处理产物进行化学气相沉积处理，以便在球形石墨材料表面形成SiC涂层。利用该方法，能够在快速有效地在球形石墨材料表面制备完整包覆且厚度均匀、过渡性良好且与基体结合强度高的SiC涂层。

Description

在球形石墨材料表面制备SiC涂层的方法

技术领域

本发明属于核应用技术领域，具体地，涉及在球形石墨材料表面制备SiC涂层的方法。

背景技术

石墨是核反应堆赖以建立的基础之一，不仅是反应堆结构支撑材料、屏蔽层材料的主要组成部分，也是第四代高温气冷反应堆燃料元件的基体材料，因而石墨材料的研究对反应堆的安全和发展有非常重要的意义。石墨材料具有耐高温、中子吸收截面小、化学性质稳定、高温力学性能优异等突出优点，而最大的缺点就是在500℃以上极易与氧化性气体发生反应而失效。

石墨材料在航空航天、电子、机械等高温领域的应用非常广泛，但对使用环境中的氧化性气氛非常敏感，而碳纤维、石墨纤维、C/C复合材料等这一类新型炭材料也面临着相同的问题。目前，关于C/C复合材料等新型炭材料的抗氧化涂层研究比较丰富，但针对核反应堆堆内石墨抗氧化涂层体系的研究还比较少；并且由于B、P、Li等元素是裂变反应堆的中子毒物，很多涂层体系无法直接应用到反应堆石墨材料上。

在所有已知的涂层体系中，SiC涂层由于与石墨的物理化学相容性好，热膨胀系数比较接近，且在高氧分压下形成一层致密、低挥发性、氧扩散速率极低的SiO₂膜，对提高基体石墨材料的抗氧化性能有比较显著的效果，是理想的抗氧化涂层材料。

在SiC涂层制备方面，目前主要的制备方法有化学气相沉积法、热喷涂法、包埋法、先驱体转化法、浆料涂覆法等。

包埋法是将基体包埋于涂层原料中，在惰性气体保护或真空下进行高温处理，通过反应扩散在基体上形成涂层。该工艺可以制备梯度分布的涂层，涂层与基体之间无明显界面，相互间粘结力强，目前包埋法已成为制备基体复合材料及复合材料抗氧化涂层较为常用的工艺。但此方法要求基体材料孔隙率高，在高温下基体不能损坏，而且涂层原料反应温度应尽可能低。

化学气相沉积法是利用气态物质在固体表面进行化学激活反应生成固态薄膜的过程，可通过调整反应气体的种类及比例改变沉积产物中的成分比而得到具有理想化学组成的涂层材料。该方法制备的涂层具有成分可控、纯度高、组织致密等优点，可以有效地阻止氧的扩散，是SiC抗氧化涂层最常用的制备方法。

热喷涂是采用高温热源把欲涂覆涂层材料熔化或软化，利用高速射流使之雾化成微细液滴或高温颗粒，喷射到经过预处理的基体表面形成涂层的技术。该工艺具有调整涂层成分比较容易，对基体材料伤害小以及方便维修等优点。但是，涂层与基体的结合主要是依靠涂层与基体镶嵌铆合的机械力来实现的，并不是像其它方法一样通过化学键结合。因此，该工艺对基体表面的状态具有特殊的要求表面粗糙、干净、活性高。

先驱体转化法是通过加热交联及裂解工艺将含硅的有机物先驱体转化为陶瓷的工艺方法，具有工艺温度低、简单易控、制品的成分及结构可控、产品纯度高、性能好等优点，但是目前该方法获得的SiC涂层比较薄且制备过程可控性比较差。

料浆涂覆法在工业制备涂层中已应用多年，电热元件常用的抗氧化涂层就是用配制的料浆在基体上涂覆形成的，该涂层可以使元件的使用寿命提高一倍。该方法工艺简单，成本低廉，但是涂层料浆中颗粒尺寸较大，对基体材料中微孔的浸渗不理想；同时该方法制备的涂层烧结温度较高、致密度差、易开裂、涂层厚度不易均匀、表面粗糙。

因而，目前SiC涂层的制备工艺仍有待改进。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种步骤简单、成本较低、或者易于实现大规模生产在球形石墨材料表面制备SiC涂层的方法。

本发明提供了一种在球形石墨材料表面制备SiC涂层的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：(1)将Si粉、SiC粉、Al₂O₃粉和石墨粉混合，以便得到包埋粉料；(2)将球形石墨材料包埋于包埋粉料中，并将所得到的包埋混合物震实，得到经过震实的包埋混合物；(3)在氩气气氛中，将经过震实的包埋混合物进行烧结处理，以便得到烧结处理产物；(4)在通入甲基三氯硅烷、氢气和氩气的条件下，于喷动式流化床中将烧结处理产物进行化学气相沉积处理，以便在球形石墨材料表面形成SiC涂层。发明人发现，利用该方法，能够快速有效地在球形石墨材料表面制备完整包覆且厚度均匀、过渡性良好且与基体结合强度高的SiC涂层，步骤简单，简化了SiC涂层制备的工艺，同时有利于降低成本，易于实现批量生产，并且有效地解决了SiC与石墨材料的热膨胀系数差异问题，增加涂层的抗热震性能，另外，制备获得的SiC涂层的耐热震和抗氧化性能良好。

根据本发明的实施例，步骤(1)进一步包括：(1-1)将Si粉、SiC粉、Al₂O₃粉和石墨粉置于球磨罐中；(1-2)向球磨罐中加入丙酮，将所得到的混合物进行球磨，以便得到球磨产物；(1-3)将球磨产物进行真空干燥，并将所得到的干燥产物过筛，以便得到包埋粉料。

根据本发明的实施例，步骤(1-1)中，Si粉的粒径为300～500目，纯度为99％～99.99％，SiC粉的粒径为300～500目，纯度为99％～99.99％，Al₂O₃粉的粒径为300～500目，纯度为99％～99.99％，石墨粉为反应堆用天然石墨粉。根据本发明的实施例，基于包埋粉料的总质量，Si粉的质量分数为60％～75％，SiC粉的质量分数为15％～25％，Al₂O₃粉的质量分数为2％～15％，反应堆用天然石墨粉的质量分数为2％～15％。

根据本发明的实施例，步骤(1-1)中，球形石墨材料的直径为10～20毫米。

根据本发明的实施例，步骤(1-2)中，球磨的转速为250～350转/分，球磨时间为8～10小时。

根据本发明的实施例，步骤(1-3)中，真空干燥在100～150摄氏度下进行2～4小时。

根据本发明的实施例，步骤(1-3)中，将干燥产物过300～400目筛。

根据本发明的实施例，在步骤(2)中，将所得到的包埋混合物震实进一步包括：将包埋混合物密封后在振荡器上匀速震荡2～3小时，得到经过震实的包埋混合物。

根据本发明的实施例，步骤(3)中，烧结处理的温度为1600～1800摄氏度。

根据本发明的实施例，步骤(3)中，烧结处理是于氩气气氛、压力为0.01～0.03Mpa的条件下进行的。

根据本发明的实施例，步骤(4)中，在喷动式流化床中，氩气与氢气的体积比为2:1。

根据本发明的实施例，在喷动式流化床中，氩气环路的流量为5.0mol/L，氢气环路的流量为1.0mol/L，氩气中路的流量为5.0mol/L，氢气中路的流量为4.0mol/L。

根据本发明的实施例，在喷动式流化床中，中路和环路的压力分别为30Mpa和28Mpa。

根据本发明的实施例，步骤(4)中，化学气相沉积处理的时间为1～3小时。

根据本发明的实施例，在步骤(4)中，化学气相沉积处理的温度为1300～1600摄氏度。

附图说明

图1显示了根据本发明实施例的在球形石墨材料表面制备SiC涂层的方法的流程示意图；

图2显示了根据本发明实施例的在球形石墨材料表面制备SiC涂层的方法的流程示意图；

图3显示了根据本发明实施例的烧结制度曲线；

图4显示了喷动式流化床的结构示意图；

图5显示了根据本发明实施例1制备获得的SiC涂层的截面SEM照片；

图6显示了根据本发明实施例1制备获得的SiC涂层的表面SEM照片；

图7显示了根据本发明对比例1制备获得的包埋SiC涂层的截面SEM照片。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

本发明提供了一种在球形石墨材料表面制备SiC涂层的方法。根据本发明的实施例，参照图1，该方法可以包括以下步骤：

S100：将Si粉、SiC粉、Al₂O₃粉和石墨粉混合，以便得到包埋粉料。

根据本发明的实施例，参照图2，步骤S100可以进一步包括：

S110：将Si粉、SiC粉、Al₂O₃粉和石墨粉置于球磨罐中。

在本发明的实施例中，该步骤中采用的Si粉、SiC粉、Al₂O₃粉可以为高纯粉体，并且其粒径不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际情况灵活选择。具体地，在本发明的一些实施例中，Si粉的粒径可以为300～500目，纯度为99％～99.99％，SiC粉的粒径可以为300～500目，纯度为99％～99.99％，Al₂O₃粉的粒径可以为300～500目，纯度为99％～99.99％。由此，有利于提高制备获得的SiC涂层的致密性、均匀性以及与基体(即球形石墨材料)的结合强度。

本发明中采用的石墨粉可以为反应堆用天然石墨粉。由此，制备获得的具有SiC涂层的球形石墨材料能够有效用于反应堆，并有效提高其使用效果。

根据本发明的实施例，在包埋粉料中，基于包埋粉料的总质量，Si粉的质量分数可以为60％～75％，SiC粉的质量分数可以为15％～25％，Al₂O₃粉的质量分数可以为2％～15％，反应堆用天然石墨粉的质量分数可以为2％～15％。由此，能够获得具有最佳配比的包埋粉料，有利于提高制备获得SiC涂层的性能和制备SiC涂层的效率。

根据本发明的实施例，该步骤中，采用的球形石墨材料的直径可以为10～20毫米。由此，利用本发明的该方法能够有效地在球形石墨样品表面制备完整包覆且厚度均匀、过渡性良好且与基体结合强度高的SiC涂层，且制备获得的具体涂层的球形石墨材料可以有效的用于反应堆。

S120：向球磨罐中加入丙酮，将所得到的混合物进行球磨，以便得到球磨产物。

在该步骤中，加入丙酮作为溶剂，由此可以有效起到分散的作用，使得Si粉、SiC粉、Al₂O₃粉和石墨粉在球磨过程中有效混合均匀，进而有利于提高制备SiC涂层的均匀性、致密性、耐热震及抗氧化性能。根据本发明的实施例，该步骤中，球磨的转速、时间等不受特别限制，本领域技术人员可以根据Si粉、SiC粉、Al₂O₃粉和石墨粉的混合情况适当调整。在本发明的一些实施例中，球磨的转速可以为250～350转/分，球磨时间可以为8～10小时。在该转速和时间条件下，可以有效使得Si粉、SiC粉、Al₂O₃粉和石墨粉混合均匀，且具有合适的粒径，又不会造成能耗、时间的浪费，具有较好的经济性。

S130：将球磨产物进行真空干燥，并将所得到的干燥产物过筛，以便得到包埋粉料。

根据本发明的实施例，在该步骤中，真空干燥的具体条件不受特别限制，只要能够将球磨产物干燥即可。在本发明的一些实施例中，真空干燥可以在100～150摄氏度下进行2～4小时。由此，能够有效去除球磨产物中的有机溶剂，得到干燥的产物。接着，可以将得到的干燥的产物过300～500目筛。由此，能够使得获得的包埋粉料具有合适的粒径和粒径分布，有利于后续步骤的进行。

S200：将球形石墨材料包埋于包埋粉料中，并将所得到的包埋混合物震实，得到经过震实的包埋混合物。

根据本发明的实施例，在步骤S200中，可以将上述步骤制备获得的包埋粉料置于石墨坩埚中，然后将用于反应堆的球形石墨材料埋入填满包埋粉料的石墨坩埚中，使其完全埋入且球形石墨材料不能与石墨坩埚有接触，然后将石墨坩埚置于震荡器上震荡2～3小时，可选地，根据坩埚中的包埋混合物的震实情况，还可以进一步以一定的压力将震荡后的包埋混合物压实，由此，得到经过震实的包埋混合物。经过上述包埋和震实操作，有利于在后续步骤中提高在球形石墨材料表面形成SiC涂层的效率，同时有利于提高SiC涂层与基体的结合能力及SiC涂层的使用性能。

S300：在氩气气氛中，将经过震实的包埋混合物进行烧结处理，以便得到烧结处理产物。

根据本发明的实施例，步骤S300中，烧结处理的温度可以为1600～1800摄氏度。由此，能够使得包埋粉料扩散在基体上，制备获得的SiC涂层具有梯度分布，SiC涂层与基体之间无明显界面，相互间粘结力强。

根据本发明的实施例，该步骤中，烧结处理可以于氩气气氛、压力为0.01～0.03Mpa的条件下进行的。由此，能够为SiC涂层形成提供合适的保护气氛和压力条件，有利于SiC涂层的形成，并利于提高SiC涂层的使用性能。

根据本发明的实施例，经过烧结处理，可以在球形石墨材料表面形成一层SiC涂层(本文中有时也称“包埋层”)，该包埋层具有梯度分布，与球形石墨材料之间没有明显的界面，与球形石墨材料的结合力强，可以有效避免由于SiC涂层与球形石墨材料的热膨胀系数差异而引起SiC涂层开裂或脱落。

S400：在通入甲基三氯硅烷、氢气和氩气的条件下，于喷动式流化床(喷动流化床结构示意图见图4)中将烧结处理产物进行化学气相沉积处理，以便在球形石墨材料表面形成SiC涂层。

为方便理解本发明的技术方案，下面参照图4详细描述喷动式流化床的工作过程。具体地，甲基三氯硅烷储存在反应物储罐中，在中路进气(氢气)的载带下、经由多孔喷嘴进入喷动床，同时通过环路进气口(可以有多个)向喷动床中通入氢气和氩气的混合气体，放置于喷动床中的经过烧结处理的球形石墨样品在中路和环路气流喷动作用下不断翻动，甲基三氯硅烷和氢气在喷动床中高温下发生反应，在经过烧结处理的球形石墨材料表面沉积形成致密SiC涂层，反应尾气经由尾气出口排出。在该步骤中，由于球形石墨材料在喷动床中处于不断翻动的状态，且通过中路和环路进气使得球形石墨材料在锥形的喷动床中翻动均匀、无死角，可以使得球形石墨材料表面形成完全包覆、厚度均匀的致密SiC涂层，有效克服了现有气相沉积法中石墨材料与设备等存在接触点，不能形成完全包覆，包覆面厚薄不均匀等问题。

根据本发明的实施例，该步骤中，通入喷动式流化床中的氩气与氢气的体积比可以为2:1。由此，有利于提高制备SiC涂层的效率和提高SiC涂层的性能。

根据本发明的实施例，在喷动式流化床中，氩气环路的流量为5.0mol/L，氢气环路的流量为1.0mol/L，氩气中路的流量为5.0mol/L，氢气中路的流量为4.0mol/L。由此，能够在适合的气氛中进行化学气相沉积，以得到性能优异的SiC涂层。

根据本发明的实施例，在喷动式流化床中，中路和环路的压力分别为30Mpa和28Mpa。在该条件下，有利于化学气相沉积的进行，能够快速、有效地制备获得SiC涂层，且得到的涂层具有良好的致密性、均匀度、耐热震及抗氧化性能。

根据本发明的实施例，在该步骤中，化学气相沉积处理的时间可以为1～3小时，化学气相沉积处理的温度可以为1400～1600摄氏度。由此，能够在最适合的温度条件下沉积形成SiC涂层，且得到的SiC涂层致密性、均匀度、耐热震及抗氧化性能良好。

根据本发明的实施例，经过气相沉积步骤，可以在包埋层上进一步形成一层气相沉积SiC涂层(本文中有时也称气相沉积层)，该气相沉积层能够完全包覆球形石墨材料，且结构致密、均匀性好，能够有效起到防止球形石墨材料被氧化的作用。

发明人发现，利用本发明的该方法，能够快速有效地在球形石墨材料表面制备完整包覆且厚度均匀、过渡性良好且与基体结合强度高的SiC涂层，步骤简单，简化了SiC涂层制备的工艺，同时有利于降低成本，易于实现批量生产，并且有效地解决了SiC与石墨材料的热膨胀系数差异问题，增加涂层的抗热震性能，另外，制备获得的SiC涂层的耐热震和抗氧化性能良好。

根据本发明实施例的该方法创造性的将传统包埋处理方法与喷动式流化床相结合，在球形石墨样品表面制备的涂层具有优异的耐热震和抗氧化性能，有效解决了传统化学气相沉积中存在的样品支撑点无法包覆和热震环境中易开裂的问题，以及传统包埋处理方法获得的SiC涂层致密度不高、抗氧化性能不理想的问题。

下面详细描述本发明的实施例。

实施例1

1)制备包埋粉料

包埋粉料：称取粒径为300目、纯度为99.99％的Si粉30g，粒径为300目、纯度为99.99％的SiC粉10g，粒径为300目、纯度为99.99％的Al₂O₃粉5g，反应堆用天然石墨粉5g；将上述混合粉体分别置于球磨罐中，加入50ml丙酮，调整球磨机转速300rpm；球磨混合8h后，取出球磨后的混合物，并将其在120℃的真空干燥箱中干燥2h，将干燥后粉料过300目筛，得到包埋粉料。

2)烧结处理

烧结处理是在高温石墨烧结炉中进行的。具体地，将处理好的用于反应堆的球形石墨材料埋入填满包埋粉料的石墨坩埚内，使其完全埋入且球形石墨材料不能与坩埚有接触，接着，将坩埚在震荡器上震实2h。随后把坩埚放入高温炉内，封炉抽真空后，充入Ar气，按照图3所示的烧结制度曲线升温至1700℃，保温3h，随后按照曲线降温至室温，待炉内冷却后取出烧结处理产物。

3)气相沉积

气相沉积是在清华大学核能与新能源研究院所研发的高温气冷堆燃料核芯包覆炉内进行的。具体操作如下：将烧结处理产物置于包覆炉内，使其自然放置于喷动流化床底部，保证相互之间没有相互卡死。随后快速升温至预定温度，设定氩气环路的流量为5.0mol/L，氢气环路的流量为1.0mol/L，氩气中路的流量为5.0mol/L，氢气中路的流量为4.0mol/L。在1530℃沉积1h，自然降温至室温，得到表面包覆有SiC涂层的球形石墨材料。

4)性能表征

表面形貌观察：

通过扫描电子显微镜(SEM)观察所得到的SiC涂层的截面和表面的微观形貌，所得到的SiC涂层的截面和表面的SEM照片分别见图5和图6，由图5的截面微观结构图可以看出，SiC涂层具有致密结构，在包埋层与喷动流化气相沉积层之间具有少量的微孔分布。由图6的表面微观结构图可以明显看出，表层的SiC具有明显的颗粒堆积分布，且涂层外表面没有明显的贯穿性孔洞。

耐热震性能：

将上述制备获得的表面包覆有SiC涂层的球形石墨材料由室温条件直接置于1000摄氏度的加热炉中，并保温一定时间，然后再将其直接置于室温条件下，如此使得上述制备获得的表面包覆有SiC涂层的球形石墨材料进行1000摄氏度至室温条件的热震50次，未观察到SiC涂层出现任何开裂或脱落现象，表明利用根据本发明实施例的方法制备的SiC涂层具有优异的抗热震性能。

抗氧化性能：

由于石墨材料氧化后会表现出十分严重的失重现象，因此，通过测定石墨材料的重量变化检测上述制备获得的表面包覆有SiC涂层的球形石墨材料的抗氧化性能。具体如下，将上述制备获得的表面包覆有SiC涂层的球形石墨材料置于空气氛围、1000摄氏度条件下，分别测定放置上述条件之前和放置在上述条件下一定时间后的球形石墨材料的重量，结果表明，上述制备获得的表面包覆有SiC涂层的球形石墨材料在上述条件下放置100小时重量基本没有变化，说明利用根据本发明实施例的方法制备的SiC涂层具有优异的抗氧化性能。

实施例2-5

实施例2-5的制备方法同实施例1，其中，各具体参数见下表：

制备获得的SiC涂层的结构与性能与实施例1中制备获得的SiC涂层类似，在此不再详细描述。

对比例1：

1)制备包埋粉料

包埋粉料：称取粒径为300目、纯度为99.99％的Si粉30g，粒径为300目、纯度为99.99％的SiC粉10g，粒径为300目、纯度为99.99％的Al₂O₃粉5g，反应堆用天然石墨粉5g；将上述混合粉体分别置于球磨罐中，加入50ml丙酮，调整球磨机转速300rpm；球磨混合8h后，取出球磨后的混合物，并将其在120℃的真空干燥箱中干燥2h，将干燥后粉料过300目筛，得到包埋粉料。

2)烧结处理

烧结处理是在高温石墨烧结炉中进行的。具体地，将处理好的用于反应堆的球形石墨材料埋入填满包埋粉料的石墨坩埚内，使其完全埋入且球形石墨材料不能与坩埚有接触，接着，将坩埚在震荡器上震实2h。随后把坩埚放入高温炉内，封炉抽真空后，充入Ar气，按照图3所示的烧结制度曲线升温至1700℃，保温3h，随后按照曲线降温至室温，待炉内冷却后取出烧结处理产物，即得表面形成有包埋SiC涂层的球形石墨材料。

通过扫描电镜观察获得的表面形成有包埋SiC涂层的球形石墨材料的表面形貌，扫描电镜照片见图7。由图7可以看到包埋SiC涂层具有多孔结构，结构致密度不理想。按照与实施例1相同的方法检测获得的表面形成有包埋SiC涂层的球形石墨材料的抗氧化性能，10小时以内球形石墨材料的重量即发生明显变化，说明获得的表面形成有包埋SiC涂层的球形石墨材料的抗氧化性能不理想。

对比例2：

将球形石墨材料置于包覆炉内，使其自然放置于喷动流化床底部，保证相互之间没有相互卡死。随后快速升温至预定温度，设定氩气环路的流量为5.0mol/L，氢气环路的流量为1.0mol/L，氩气中路的流量为5.0mol/L，氢气中路的流量为4.0mol/L。在1530℃沉积1h，自然降温至室温，得到表面包覆有气相沉积SiC涂层的球形石墨材料。

按照与实施例1中相同的方法测定获得的表面包覆有气相沉积SiC涂层的球形石墨材料的耐热震性能，结果显示，仅经过3～5次1000摄氏度至室温条件的热震，即可观察到气相沉积SiC涂层明显开裂、甚至完全脱落。

对比例3：

化学气相沉积制备SiC，采用的是将石墨样品置于管式炉内，通入氢气载带的甲基三氯硅烷，氩气等反应气氛，调节各路气体流量(与实施例1相同)，在1300～1600摄氏度保温数小时，从而在石墨样品表面获得SiC涂层。

该方法获得的SiC涂层具有致密性，但是由于石墨样品始终放置于样品托架上，与托架的支撑接触点无法实现SiC沉积，并且管式炉内气体流动方向单一，在迎风面SiC沉积较厚，背风面SiC沉积相对薄。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种在球形石墨材料表面制备SiC涂层的方法，其特征在于，包括：

(1)将Si粉、SiC粉、Al₂O₃粉和石墨粉混合，以便得到包埋粉料；

(2)将球形石墨材料包埋于所述包埋粉料中，并将所得到的包埋混合物震实，得到经过震实的包埋混合物；

(3)在氩气气氛中，将所述经过震实的包埋混合物进行烧结处理，以便得到烧结处理产物；

(4)在通入甲基三氯硅烷、氢气和氩气的条件下，于喷动式流化床中将所述烧结处理产物进行化学气相沉积处理，以便在所述球形石墨材料表面形成SiC涂层。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)进一步包括：

(1-1)将所述Si粉、SiC粉、Al₂O₃粉和石墨粉，置于球磨罐中；

(1-2)向所述球磨罐中加入丙酮，将所得到的混合物进行球磨，以便得到球磨产物；

(1-3)将所述球磨产物进行真空干燥，并将所得到的干燥产物过筛，以便得到所述包埋粉料。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(1-1)中，所述Si粉的粒径为300～500目，纯度为99％～99.99％，

所述SiC粉的粒径为300～500目，纯度为99％～99.99％，

所述Al₂O₃粉的粒径为300～500目，纯度为99％～99.99％，

所述石墨粉为反应堆用天然石墨粉，

任选地，基于所述包埋粉料的总质量，所述Si粉的质量分数为60％～75％，

所述SiC粉的质量分数为15％～25％，

所述Al₂O₃粉的质量分数为2％～15％，

所述反应堆用天然石墨粉的质量分数为2％～15％。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(1-1)中，所述球形石墨材料的直径为10～20毫米。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(1-2)中，所述球磨的转速为250～350转/分，球磨时间为8～10小时。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(1-3)中，所述真空干燥在100～150摄氏度下进行2～4小时，

任选地，将所述干燥产物过300～400目筛。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述将所得到的包埋混合物震实进一步包括：

将所述包埋混合物密封后在振荡器上匀速震荡2～3小时，得到所述经过震实的包埋混合物。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述烧结处理的温度为1600～1800摄氏度，

任选地，所述烧结处理是于氩气气氛、压力为0.01～0.03Mpa条件下进行的。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)中，在所述喷动式流化床中，所述氩气与氢气的体积比为2:1，

任选地，在所述喷动式流化床中，氩气环路的流量为5.0mol/L，氢气环路的流量为1.0mol/L，氩气中路的流量为5.0mol/L，氢气中路的流量为4.0mol/L，

任选地，在所述喷动式流化床中，中路和环路的压力分别为30Mpa和28Mpa。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)中，所述化学气相沉积处理的时间为1～3小时，

任选地，所述化学气相沉积处理的温度为1300～1600摄氏度。