CN113571209A - 一种多层包壳管及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种多层包壳管及其制备方法，解决了现有包壳管气密性差的问题。该多层包壳管，包括金属Mo内层、具有Mo梯度含量的中间层以及SiCf/SiC复合材料外层；所述具有Mo梯度含量的中间层为多层结构，其包括至少两层Mo‑Si中间层、或至少两层Mo‑SiC中间层、或至少一层Mo‑Si中间层和至少一层Mo‑SiC中间层；各个中间层的Mo所占摩尔分数由内侧向外侧逐渐降低。

Description

一种多层包壳管及其制备方法
技术领域
本发明属于包壳管结构技术领域，具体涉及一种多层包壳管及其制备方法。
背景技术
核能能量密度高(1千克铀235裂变后释放能量相当于2700吨煤燃烧释放能量)且高效清洁，因此有着广泛应用。在核电家族中，除为人们熟悉的大型核电站外，还有功率小于300兆瓦的微型反应堆。这种反应堆采用模块化设计,具有功率小、建设周期短、布置灵活、适应性强、经济成本低等特点，并能根据需要灵活提供电源或热源，反应堆换料周期长达数年。尤其是当反应堆的体积缩小至一定程度，还可用大型车载或船载，以实现移动化，可以显著降低用于基础设施的投资，具备很强的实用价值。
在某些领域，微型反应堆是作为动力源的存在，可大幅降低常规油料运输所产生的巨额费用，增强设施能源供应独立性，并在遇挫后迅速恢复供电的能力。在民生领域，除了解决偏远地区的供电问题,微型反应堆还具有许多其他工业用途，如制氢、供热和海水淡化等作用，可谓一举多得。
在反应堆的设计实施中，核燃料包壳材料的选取是其获得成功应用中较为关键的一步。核燃料包壳管用于容纳核燃料芯块，并防止释放的放射性裂变产物通过冷却剂最终进入到外部环境中，微型反应堆的出现对核燃料包壳的性能提出了新的挑战(如气密性、高温稳定性、高温力学强度等)。
反应堆中最初使用的包壳管材料是锆(Zr)基合金(诸如：锆-锡合金、锆-铌合金、新锆合金)，因其在高温下强度高、抗腐蚀性能好、中子吸收界面小且与二氧化铀有良好的相容性，然而在2011年的福岛核事故中，Zr合金包壳管在高温下与蒸汽发生反应，产生大量氢气，最终导致氢气爆炸。为了防止此类事故的发生，大量的科研人员致力于开发事故容错燃料(ATF)体系，其重点是增强抗蒸汽氧化性。
到目前为止已经研究出许多先进的燃料-包壳体系，其中一个主要的观念是使用碳化硅(SiC)基材料代替Zr合金作为燃料包壳，连续碳化硅纤维增韧碳化硅复合材料(SiCf/SiC)以其较小的中子吸收截面、元素低活化性、良好的抗辐照损伤性能、优良的高温化学惰性(抗高温水蒸气氧化，产氢率低)和优异的高温力学性能已成为事故容错燃料(ATF)包壳的理想候选材料。
文献“Yutai Katoh,Takashi Nozawa,Lance L.Snead,Kazumi Ozawa,HiroyasuTanigawa.Stability of SiC and its composites at high neutron fluence[J].Journal of Nuclear Materials,2011,417(1-3).”研究表明高纯度的结晶SiC在中子辐照下是一种非常稳定的材料，在辐照损伤为40dpa或更高时发生极小的肿胀和强度变化，此外，SiC在高温下仍能维持其力学强度，相较于Zr合金，SiC与蒸汽的反应速率慢，中子吸收截面小，从而提高了水冷反应堆在失水(LOCA)和其他潜在事故条件下的安全性。
SiC基包壳的性能在很大程度上取决于所使用的工艺路线，特别是对于纤维增强复合材料层，高纯度、耐辐射SiCf/SiC复合材料通常采用化学气相渗透(CVI)制备，CVI工艺能为核应用提供必要的纯度，但制备出的包壳致密化程度较低，而为了防止包壳管内部的放射性物质泄漏和冷却剂与燃料的相互接触，要求核燃料包壳管具备极好的密封性，CVI工艺制备的包壳很难达到核结构应用所要求的低孔隙率条件(<5％)。
文献“G.M.Jacobsen,J.D.Stone,H.E.Khalifa,C.P.Deck,C.A.Back.Investigation of the C-ring test for measuring hoop tensile strengthof nuclear grade ceramic composites[J].Journal of Nuclear Materials,2014,452(1-3).”研究表明当SiCf/SiC复合材料发生假韧性断裂而不是脆性破坏时，在此过程中产生大量的微裂纹会导致密封性的丧失，而这种微裂纹发生在应变水平为0.1％的范围内。显然，较差的气密性严重限制了SiCf/SiC复合材料在小型化、模块化、全寿命化核反应堆上的应用。
为了解决上述问题，国内外研究人员研究制备了多层SiC陶瓷及其复合材料包壳管结构。
如文献“Yangbin Deng,Minghao Liu,Bowen Qiu,Yuan Yin,Xing Gong,XiHuang,Bo Pang,Yongchun Li.Design and evaluation of an innovative LWR fuelcombined dual-cooled annular geometry and SiC cladding materials[J].NuclearEngineering and Technology,2020(prepublish).”中制备了两层结构SiC基包壳管，内层是SiCf/SiC复合材料起强度支撑，外层是CVD SiC陶瓷保证密封性。在专利US20090032178A1中公开一种三层结构SiC基包壳管，其内外层均为单相SiC陶瓷层，中间层为SiCf/SiC复合材料。专利CN105405474A中在最内层进一步引入了一层低模量抗裂纹扩展层，防止脆性CVD SiC陶瓷产生裂纹导致的气密性丧失。上述方法虽各有差异，但它们有一个共同特点，即都是使用CVD SiC陶瓷层来保证密封性。然而CVD SiC陶瓷层具有很高的模量，在工况下极易因燃料块热胀冷缩引起的体积变化或外界的物理撞击(地震、海啸等)而产生大量裂纹，从而丧失密封性。
除上述使用CVD SiC陶瓷密封层外，法国原子能和替代能源委员会在专利CN103732388A中公开一种三层结构核包壳管，内外两层为SiCf/SiC复合材料，承担载荷，中间层为金属及其合金，厚度为50-200μm，起密封作用，金属需抗辐照、抗高温同时还需要与SiCf/SiC复合材料有热化学相容性，如铌及铌合金、钽及钽合金，其次是钨或钛。然而该专利中的金属密封层较薄，难以承担较高的载荷，极易在内层辐照肿胀或因热膨胀系数不匹配而产生的应力下产生裂纹而失效，尤其在所选金属及其合金易发生高温脆化的条件下。
发明内容
本发明的目的在于解决现有包壳管气密性差的问题，提供了一种多层包壳管及其制备方法。本发明设计出一种满足微型反应堆用包壳条件且强度高、密封性好的带有难熔金属Mo内层、具有Mo梯度含量的中间层以及SiCf/SiC复合材料外层的复合管结构(即在内层Mo和外层SiCf/SiC复合材料之间引入具有Mo梯度含量的中间层)。该结构复合管不仅可以满足微型核反应堆对包壳材料的需求，也可用于商业压水堆或其他对包壳管气密性有要求的领域。
为了实现上述发明目的，本发明提供的技术方案为：
一种多层包壳管，其特殊之处在于：包括金属Mo内层、具有Mo梯度含量的中间层以及SiCf/SiC复合材料外层；
所述具有Mo梯度含量的中间层为多层结构，其包括至少两层Mo-Si中间层、或至少两层Mo-SiC中间层、或至少一层Mo-Si中间层和至少一层Mo-SiC中间层；各个中间层的Mo所占摩尔分数由内侧向外侧逐渐降低。
进一步地，所述SiCf/SiC复合材料外层由环向编织预制体内层与正交编织预制体外层构成，其中环向编织预制体内层厚度为0.1-0.2mm，正交编织预制体外层厚度为0.5-1mm；且所述SiCf/SiC复合材料外层的界面为热解炭PyC界面。
进一步地，所述具有Mo梯度含量的中间层厚度为100-200μm；其中，靠近金属Mo内层一侧的中间层Mo所占摩尔分数为95％-75％；靠近SiCf/SiC复合材料外层一侧的中间层Mo所占摩尔分数为25％-5％，那么如果中间层的数量超过两层，其余的中间层Mo所占摩尔分数可在75％-25％之间。比如：如有四层，由内向外Mo所占摩尔分数可依次为95％、75％、50％、25％。
进一步地，所述金属Mo内层的厚度为0.3-0.5mm。
本发明还提供了上述多层包壳管的制备方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
1)以体积分数为40％-70％的去离子水、体积分数为1％-5％的分散剂(优先选择非离子类分散剂如聚丙烯酸、聚乙烯醇等，以避免产生污染降低材料的纯度)、体积分数为30％-50％的混合粉料为原料依次配置Mo所占摩尔分数不同且呈梯度的混合浆料，混合后分别球磨至形成均匀分散的悬浮液；
其中，去离子水作为溶剂，聚丙烯酸作为分散剂；
所述混合粉料由Mo-Si或者Mo-SiC构成；
2)在洁净Mo管材表面按照Mo所占摩尔分数由高到低的顺序依次涂敷相应的悬浮液，且每涂完一层，冷冻干燥12-24h；涂敷可采用喷涂法、涂刮法或其他浆料镀膜、喷涂工艺；
3)在步骤2)得到的管材表面进行激光熔覆；
4)在步骤3)得到的管材表面环向编织1-2层SiC预制体；
5)以二甲苯为溶剂，聚碳硅烷(PCS)为溶质，配制质量分数为50％-70％的聚碳硅烷溶液，溶液搅拌至均匀，并将步骤4)得到的管材竖直浸入聚碳硅烷溶液中，以5-10mm/s的速度向上提拉该管材；其中，PCS溶液浸渍流程可以采用本领域任意浸渍方法；
6)在步骤5)得到的管材表面正交编织3-5层SiC预制体；
7)在步骤6)得到的管材上沉积热解碳(PyC)界面；
8)将步骤7)得到的管材外层SiC纤维预制体制成SiCf/SiC复合材料，得到核燃料多层包壳管。
进一步地，步骤3)中，所述激光熔覆的参数为：功率75-200w，扫描速度15-50mm/s。
进一步地，步骤4)中，所述环向编织的参数为：SiC纤维线密度为100-200Tex，编织角度为0°，编织厚度为0.1-0.2mm，纤维体积分数为20％-50％。
进一步地，步骤6)中，所述正交编织参数为：SiC纤维线密度为100-200Tex，编织角度为0°/90°，编织厚度为0.5-1mm，纤维体积分数为20％-50％。
进一步地，步骤7)中，采用化学气相渗透法进行沉积；
所述沉积的条件为：以丙烯为先驱体气源，以氩气为稀释气体，沉积温度为800-950℃，沉积压力为2-5kPa，沉积时间为96-144h。
步骤8)中，采用化学气相渗透法进行沉积预制；
所述沉积的条件为：以三氯甲基硅烷(CH3SiCl3)为源气体，氢气为载气，氢气和氩气为稀释气体，沉积温度为900-1100℃，沉积压力为2-5kPa，沉积时间为400-500h，完成最外层SiCf/SiC复合材料的制备；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；所述稀释气体氢气流量为1-2L/min；所述稀释气体氩气的流量为3-5L/min。除此之外，还可采用聚合物浸渍裂解(PIP)、溶体浸渗(RMI)或其他致密化工艺将外层SiC纤维预制体制成SiCf/SiC复合材料，但优选CVI工艺。
上述多层包壳管在容纳核反应堆核燃料中的应用。
本发明的优点是：
1.本发明提出一种带有难熔金属Mo内衬的SiCf/SiC复合材料包壳管的结构及其制备方法，在内层Mo和外层SiCf/SiC复合材料之间引入具有Mo梯度含量的中间层，实验验证本发明核反应堆核燃料包壳管内层Mo合金孔隙率为0，可有效改善SiCf/SiC复合材料包壳管孔隙率多和低应变下开裂导致的气密性丧失现象。该核燃料包壳管不仅能满足微型反应堆用包壳条件，且强度高、密封性好。
2.本发明选用钼(Mo)作为内层，具有高熔点、耐氧化、耐腐蚀、高热导率、低热中子吸收界面、抗高温蠕变等优异性能，在高温下能维持较高的强度，且金属Mo与SiCf/SiC复合材料热膨胀系数接近(SiC/SiC＝4×10-6/K、Mo＝5×10-6/K)；在该结构中，SiCf/SiC复合材料在外保持机械强度并保护难熔金属免受侵蚀，难熔金属Mo层在内保持构件的气密性，具有Mo梯度含量的Mo-Si、Mo-SiC或Mo-Si和Mo-SiC混合梯度层作为中间层，各个中间层的Mo所占摩尔分数由内侧向外侧逐渐降低，以减小内外层热膨胀系数不匹配，同时增加内外层之间结合力；同时外部SiCf/SiC复合材料层中存在两种结构，一种是相对而言位于内层，由环向编织SiC纤维所得预制体沉积SiC基体而得，可提高环向强度，同时约束复合包壳管在工况下内层难熔金属Mo的辐照肿胀，一种是相对而言位于外层，由正交编织SiC纤维所得预制体沉积SiC基体而得，可提高管材整体机械强度同时保护内层免受侵蚀；这种多层结构复合管具有优异的密封性，高的抗裂纹产生能力，高的热导率、比刚度、比强度。
3.本发明将喷涂法、激光熔覆、化学气相渗透(CVI)等多种制备技术相结合，其中喷涂工艺简单且能精确控制各梯度涂层的厚度和质量，激光熔覆有效提高中间层与内层Mo合金的结合力，CVI制备的SiCf/SiC复合材料纯度高更耐辐照，其孔隙率高导致气密差的缺点通过引入内层致密Mo合金作为密封层所克服，有效结合了各种技术的优点。
附图说明
图1为本发明核反应堆核燃料包壳管的结构示意图；
图2为本发明核反应堆核燃料包壳管的工艺流程图；
图3为本发明核反应堆核燃料包壳管的实物图，(两层梯度中间层复合管；(b)三层梯度中间层复合管；(c)四层梯度中间层复合管；
图4为本发明核反应堆核燃料包壳管的横截面SEM图；
图5为本发明实施例1核反应堆核燃料包壳管的CT照片；
图中标号为：
1-Mo内层，2-具有Mo梯度含量的中间层，3-环向编织SiCf/SiC复合材料层，4-正交编织SiCf/SiC复合材料层；
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明的内容作进一步的详细描述：
本发明实施例中强度高、密封性好的复合管结构采用难熔金属Mo内层、含Mo梯度层为中间层、SiCf/SiC复合材料为外层，具体结构如图1所示。
实施例1
该实施例中，核反应堆核燃料包壳管采用难熔金属Mo内层、两层Mo-Si梯度层为中间层、SiCf/SiC复合材料为外层；
如图2所示，具体制备方法为：
步骤1：以体积分数为50％的去离子水为溶剂，体积分数为3％的聚丙烯酸(PAA)为分散剂，体积分数为40％混合粉料配备混合浆料，混合后球磨72h得到均匀分散的浆料；所述混合粉料由Mo-Si构成，其中Mo所占摩尔分数依次为75％、5％；所述研磨球材质为氧化锆。
步骤2：在壁厚为0.5mm的洁净Mo管表面依次按照Mo所占摩尔分数为75％、5％的顺序进行两种Mo-Si浆料的喷涂，每涂完一层，待表面浆料在室温下干燥至无流动性后冷冻干燥24h，每层喷涂厚度约为50μm，该梯度层厚度约为100μm；
步骤3：在上述冷冻干燥后包覆有梯度Mo-Si涂层的Mo管表面进行激光熔覆；所述激光熔覆参数为：功率75w，扫描速度15mm/s；
步骤4：采用编织工艺在上述管材表面环向编织2层SiC预制体；所述编织参数为：SiC纤维线密度为180Tex，编织角度为0°，编织厚度为0.2mm,纤维体积分数为40％；
步骤5：以二甲苯为溶剂，聚碳硅烷(PCS)为溶质，配制质量分数为58％的PCS溶液，溶液搅拌至均匀，将激光熔覆后的Mo垂直浸入PCS溶液中，以缓慢均匀的速度向上提拉Mo管；所述提拉速度为5mm/s；
步骤6：采用编织工艺在浸渍好的管材表面正交编织5层SiC预制体；所述编织参数为：SiC纤维线密度为180Tex，编织角度为0°/90°，编织厚度为0.5mm，纤维体积分数为40％；
步骤7：采用化学气相渗透(CVI)法在编织好的复合管上沉积热解碳(PyC)界面，沉积条件为：以丙烯为先驱体气源，以氩气为稀释气体，沉积温度为870℃，沉积压力为2kPa，沉积时间为96h；
步骤8：继续采用化学气相渗透法在复合管上沉积SiC基体，使其致密化，沉积条件为：以三氯甲基硅烷(CH3SiCl3)为源气体，氢气为载气，氢气和氩气为稀释气体，沉积温度为1020℃，沉积压力为2kPa，沉积时间为480h，完成最外层SiCf/SiC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；所述稀释氢气流量为1L/min；所述稀释氩气的流量为3L/min；所得包壳管见图3的(a)。如图5所示，内层Mo合金孔隙率为0，可有效起到密封效果。
实施例2
该实施例中，核反应堆核燃料包壳管采用难熔金属Mo内层、三层Mo-SiC梯度层为中间层、SiCf/SiC复合材料为外层；
具体制备方法如下：
步骤1：以体积分数为40％的去离子水为溶剂，体积分数为5％的聚丙烯酸(PAA)为分散剂，体积分数为50％混合粉料配备混合浆料，混合后球磨72h得到均匀分散的浆料；所述混合粉料由Mo-SiC构成，其中Mo所占摩尔分数依次为75％、50％、25％；所述研磨球材质为氧化锆。
步骤2：在壁厚为0.4mm的洁净Mo管表面依次按照Mo所占摩尔分数为75％、50％、25％的顺序涂刷Mo-SiC浆料，每涂完一层，待表面浆料在室温下干燥至无流动性后冷冻干燥24h；每层喷涂厚度约为50μm，该梯度层厚度约150μm；
步骤3：在上述冷冻干燥后包覆有梯度Mo-SiC涂层的Mo管表面进行激光熔覆；所述激光熔覆参数为：功率150w，扫描速度25mm/s；
步骤4：采用编织工艺在上述管材表面环向编织2层SiC预制体；所述编织参数为：SiC纤维线密度为180Tex，编织角度为0°，编织厚度为0.15mm，纤维体积分数为50％；
步骤5：以二甲苯为溶剂，聚碳硅烷(PCS)为溶质，配制质量分数为60％的PCS溶液，溶液搅拌至均匀，将激光熔覆后的Mo垂直浸入PCS溶液中，以缓慢均匀的速度向上提拉Mo管；所述提拉速度为8mm/s；
步骤6：采用编织工艺在浸渍好的管材表面正交编织5层SiC预制体；所述编织参数为：SiC纤维线密度为180Tex，编织角度为0°/90°，编织厚度为0.75mm，纤维体积分数为20％；
步骤7：采用化学气相渗透(CVI)法在编织好的复合管上沉积热解碳(PyC)界面，沉积条件为：以丙烯为先驱体气源，以氩气为稀释气体，沉积温度为870℃，沉积压力为2kPa，沉积时间为96h；
步骤8：继续采用化学气相渗透法在复合管上沉积SiC基体，使其致密化，沉积条件为：以三氯甲基硅烷(CH3SiCl3)为源气体，氢气为载气，氢气和氩气为稀释气体，沉积温度为1020℃，沉积压力为2kPa，沉积时间为480h，完成最外层SiCf/SiC复合材料的制备；所述氢气和三氯甲基硅烷的摩尔比为8：1；所述载气氢气流量为3L/min；所述稀释氢气流量为1L/min；所述稀释氩气的流量为3L/min；所得包壳管见图3的(b)。
实施例3
该实施例中，核反应堆核燃料包壳管采用难熔金属Mo内层、四层Mo-Si和Mo-SiC混合梯度层为中间层、SiCf/SiC复合材料为外层；
具体制备方法如下：
步骤1：以体积分数为70％的去离子水为溶剂，体积分数为5％的聚丙烯酸(PAA)为分散剂，体积分数为30％混合粉料配备混合浆料，混合后球磨72h得到均匀分散的浆料；所述混合粉料中Mo所占摩尔分数为95％、75％的粉料由Mo-Si构成，Mo所占摩尔分数为50％、25％的粉料由Mo-SiC构成；所述研磨球材质为氧化锆。
步骤2：在壁厚为0.3mm的洁净Mo管表面依次按照Mo所占摩尔分数为95％、75％、50％、25％的顺序涂刷Mo-Si、Mo-SiC浆料，每涂完一层，待表面浆料在室温下干燥至无流动性后冷冻干燥12h，每层喷涂厚度约为50μm，该梯度层厚度约200μm；
步骤3：在上述冷冻干燥后包覆有梯度涂层的Mo管表面进行激光熔覆；所述激光熔覆参数为：功率200w，扫描速度50mm/s；
步骤4：采用编织工艺在上述管材表面环向编织2层SiC预制体；所述编织参数为：SiC纤维线密度为180Tex，编织角度为0°，编织厚度为0.1mm，纤维体积分数为20％；
步骤5：以二甲苯为溶剂，聚碳硅烷(PCS)为溶质，配制质量分数为60％的PCS溶液，溶液搅拌至均匀，将激光熔覆后的Mo垂直浸入PCS溶液中，以缓慢均匀的速度向上提拉Mo管；所述提拉速度为10mm/s；
步骤6：采用编织工艺在浸渍好的管材表面正交编织5层SiC预制体；所述编织参数为：SiC纤维线密度为180Tex，编织角度为0°/90°，编织厚度为1mm，纤维体积分数为50％；
步骤7：采用化学气相渗透(CVI)法在编织好的复合管上沉积热解碳(PyC)界面，沉积条件为：以丙烯为先驱体气源，以氩气为稀释气体，沉积温度为870℃，沉积压力为2kPa，沉积时间为144h；
步骤8：继续采用化学气相渗透法在复合管上沉积SiC基体，使其致密化，沉积条件为：以三氯甲基硅烷(CH3SiCl3)为源气体，氢气为载气，氢气和氩气为稀释气体，沉积温度为1020℃，沉积压力为5kPa，沉积时间为480h，完成最外层SiCf/SiC复合材料的制备；所述氢气和三氯甲基硅烷的摩尔比为11：1；所述载气氢气流量为5L/min；所述稀释氢气流量为2L/min；所述稀释氩气的流量为5L/min。所得包壳管见图3的(c)。
实施例4-11:
类似上述实施例1-3，实施例4-11也采用相同的方法制备核燃料包壳管，其中梯度层、激光熔覆功率和扫描速度、Mo合金厚度、环向SiCf/SiC复合材料编织厚度、正交SiCf/SiC复合材料编织厚度等参数如下表所示：
Figure BDA0003192004240000151
本发明对实施例2-11制备得到的核燃料多层包壳管均进行了CT拍照，内层Mo合金孔隙率均为0，因此，采用本发明这种结构的多层包壳管可有效起到密封效果。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多层包壳管，其特征在于：包括金属Mo内层、具有Mo梯度含量的中间层以及SiCf/SiC复合材料外层；
所述具有Mo梯度含量的中间层包括至少两层Mo-Si中间层、或至少两层Mo-SiC中间层、或至少一层Mo-Si中间层和至少一层Mo-SiC中间层；各个中间层的Mo所占摩尔分数由内侧向外侧逐渐降低。
2.根据权利要求1所述多层包壳管，其特征在于：
所述SiCf/SiC复合材料外层由环向编织预制体内层与正交编织预制体外层构成，其中环向编织预制体内层厚度为0.1-0.2mm，正交编织预制体外层厚度为0.5-1mm；且所述SiCf/SiC复合材料外层的界面为热解炭PyC界面。
3.根据权利要求2所述多层包壳管，其特征在于：
所述具有Mo梯度含量的中间层厚度为100-200μm；
其中，靠近金属Mo内层一侧的中间层Mo所占摩尔分数为95％-75％；
靠近SiCf/SiC复合材料外层一侧的中间层Mo所占摩尔分数为25％-5％。
4.根据权利要求3所述多层包壳管，其特征在于：
所述金属Mo内层的厚度为0.3-0.5mm。
5.权利要求1-4任一所述多层包壳管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)以体积分数为40％-70％的去离子水、体积分数为1％-5％的分散剂、体积分数为30％-50％的混合粉料为原料依次配置Mo所占摩尔分数不同且呈梯度的混合浆料，混合后分别球磨至形成均匀分散的悬浮液；
所述混合粉料由Mo-Si或者Mo-SiC构成；
2)在洁净Mo管材表面按照Mo所占摩尔分数由高到低的顺序依次涂敷相应的悬浮液，且每涂完一层，冷冻干燥12-24h；
3)在步骤2)得到的管材表面进行激光熔覆；
4)在步骤3)得到的管材表面环向编织1-2层SiC预制体；
5)以二甲苯为溶剂，聚碳硅烷(PCS)为溶质，配制质量分数为50％-70％的聚碳硅烷溶液，溶液搅拌至均匀，并将步骤4)得到的管材竖直浸入聚碳硅烷溶液中，以5-10mm/s的速度向上提拉该管材；
6)在步骤5)得到的管材表面正交编织3-5层SiC预制体；
7)在步骤6)得到的管材上沉积热解碳界面；
8)将步骤7)得到的管材外层SiC纤维预制体制成SiCf/SiC复合材料，得到核燃料多层包壳管。
6.根据权利要求5所述多层包壳管的制备方法，其特征在于：
步骤3)中，所述激光熔覆的参数为：功率75-200w，扫描速度15-50mm/s。
7.根据权利要求5或6所述多层包壳管的制备方法，其特征在于：
步骤4)中，所述环向编织的参数为：SiC纤维线密度为100-200Tex，编织角度为0°，编织厚度为0.1-0.2mm，纤维体积分数为20％-50％。
8.根据权利要求7所述多层包壳管的制备方法，其特征在于：
步骤6)中，所述正交编织参数为：SiC纤维线密度为100-200Tex，编织角度为0°/90°，编织厚度为0.5-1mm，纤维体积分数为20％-50％。
9.根据权利要求8所述多层包壳管的制备方法，其特征在于：
步骤7)中，采用化学气相渗透(CVI)法进行沉积；
所述沉积的条件为：以丙烯为先驱体气源，以氩气为稀释气体，沉积温度为800-950℃，沉积压力为2-5kPa，沉积时间为96-144h；
步骤8)中，采用化学气相渗透(CVI)法进行沉积预制；
所述沉积的条件为：以三氯甲基硅烷(CH3SiCl3)为源气体，氢气为载气，氢气和氩气为稀释气体，沉积温度为900-1100℃，沉积压力为2-5kPa，沉积时间为400-500h，完成最外层SiCf/SiC复合材料的制备；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；所述稀释气体氢气流量为1-2L/min；所述稀释气体氩气的流量为3-5L/min。
10.权利要求1-4任一所述多层包壳管在容纳核反应堆核燃料中的应用。
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