JP7068058B2 - Manufacturing method of fuel cladding tube and fuel cladding tube - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、燃料被覆管および燃料被覆管の製造方法に関する。 An embodiment of the present invention relates to a fuel cladding tube and a method for manufacturing a fuel cladding tube.

加圧水型原子力発電プラント（ＰＷＲ）は、原子炉で核燃料の核分裂反応から発生する熱エネルギーを、一次冷却系に設けられた蒸気発生器を介して、蒸気タービンサイクルに供給し、発電機により発電を行う。また、沸騰水型原子力発電プラント（ＢＷＲ）においては、原子炉が、ＰＷＲの蒸気発生器に相当する部分を兼ね、原子炉から直接にタービンサイクルに熱が供給される。 A pressurized water reactor (PWR) supplies thermal energy generated from the nuclear split reaction of nuclear fuel in a nuclear reactor to a steam turbine cycle via a steam generator installed in the primary cooling system, and generates power with a generator. conduct. Further, in a boiling water reactor (BWR), the nuclear reactor also serves as a portion corresponding to a steam generator of the PWR, and heat is directly supplied from the nuclear reactor to the turbine cycle.

ここで、核燃料として一般に用いられているウランは、酸化ウランの焼結体（燃料ペレット）として、燃料被覆管に収納されており、燃料被覆管の周囲を冷却水が流れている。複数の燃料被覆管とその周囲を覆うチャンネルボックスは燃料集合体を構成する。燃料集合体内は、燃料被覆管の周囲に効率的に冷却水が流れる構成となっている。 Here, uranium generally used as nuclear fuel is housed in a fuel cladding tube as a sintered body (fuel pellet) of uranium oxide, and cooling water flows around the fuel cladding tube. A plurality of fuel cladding tubes and a channel box surrounding them form a fuel assembly. In the fuel assembly, the cooling water efficiently flows around the fuel cladding tube.

ＰＷＲおよびＢＷＲにおいては、一般に、燃料被覆管には、ジルコニウム基合金が使用されている。すなわち、ジルコニウムは、優れた耐食性を有し、また、中性子吸収断面積が小さいことから、ＰＷＲでは、ジルカロイ－４と呼ばれるＳｎ－Ｆｅ－Ｃｒ－Ｚｒ合金、また、ＢＷＲではジルカロイ－２と呼ばれるＳｎ－Ｆｅ－Ｃｒ－Ｎｉ－Ｚｒ合金が使用されている。これらのジルコニウム基合金中のジルコニウムは、高温において、周囲の水分と次の反応式（１）に示すように、水素を発生させる反応を生じる。
Ｚｒ ＋ ２Ｈ２Ｏ → ＺｒＯ２ ＋ ２Ｈ２ …（１） In PWRs and BWRs, zirconium-based alloys are generally used for fuel cladding. That is, zirconium has excellent corrosion resistance and has a small neutron absorption cross-sectional area. Therefore, in PWR, it is a Sn—Fe—Cr—Zr alloy called Zircaloy-4, and in BWR, it is called Zircaloy-2. -Fe-Cr-Ni-Zr alloy is used. Zirconium in these zirconium-based alloys undergoes a reaction at high temperatures to generate hydrogen with the surrounding moisture, as shown in the following reaction equation (1).
Zr + 2H 2 O → ZrO 2 + 2H 2 … (1)

ここで、反応式（１）で示した反応は発熱反応であり、ジルコニウム基合金は自身の発した熱により反応式（１）の酸化反応を促進し、およそ１０００℃以上の高温になると劇的に水素の発生が増加する。 Here, the reaction represented by the reaction formula (1) is an exothermic reaction, and the zirconium-based alloy promotes the oxidation reaction of the reaction formula (1) by the heat generated by itself, and is dramatic at a high temperature of about 1000 ° C. or higher. The generation of hydrogen increases.

原子炉内に水分が存在する環境のもとで、ジルコニウム基合金がこのような高温にさらされると、短時間に多量の水素が発生する。この水素が格納容器から漏洩した場合には、水素が原子炉建屋内に滞留して、水素爆発を引き起こすおそれがある。 When a zirconium-based alloy is exposed to such a high temperature in an environment where water is present in a nuclear reactor, a large amount of hydrogen is generated in a short time. If this hydrogen leaks from the containment vessel, the hydrogen may stay inside the reactor building and cause a hydrogen explosion.

このような理由から、燃料被覆管の材料として、その優れた耐熱・耐酸化性と小さな中性子吸収断面積から、炭化ケイ素セラミックス材料の使用が検討されている。 For this reason, the use of silicon carbide ceramics as a material for fuel cladding is being studied because of its excellent heat resistance and oxidation resistance and its small neutron absorption cross section.

米国特許第６２２６３４２号明細書US Pat. No. 6,226,342

炭化ケイ素セラミックス材料の場合、脆性破壊を示す。このため、破壊に対する抵抗が必ずしも大きくない。また、炭化ケイ素繊維が複合化された炭化ケイ素セラミックス材料の場合、炭化ケイ素繊維が複合化されていないものに比べて、破壊エネルギーは高くなるが、強度、熱伝導率、気密性、耐環境性が低下するという問題がある。 In the case of silicon carbide ceramic materials, it exhibits brittle fracture. Therefore, the resistance to destruction is not necessarily large. Further, in the case of the silicon carbide ceramic material in which the silicon carbide fiber is compounded, the breaking energy is higher than that in the case of the material in which the silicon carbide fiber is not compounded, but the strength, thermal conductivity, airtightness, and environmental resistance are high. There is a problem that

燃料被覆管としては、水分との反応による水素の発生が抑制でき、強度および破壊エネルギーが高次元で両立され、高熱伝導性、ヘリウムガスを通さない高気密性など、通常運転時および事故時のいずれにおいても耐環境性を有する必要がある。 As a fuel cladding tube, it is possible to suppress the generation of hydrogen due to the reaction with moisture, and it has both strength and breaking energy at a high level, high thermal conductivity, high airtightness that does not allow helium gas to pass through, etc. In either case, it is necessary to have environmental resistance.

そこで、本発明の実施形態は、通常運転時および事故時において耐環境性を有する燃料被覆管を提供することを目的とする。 Therefore, it is an object of the present invention to provide a fuel cladding tube having environmental resistance during normal operation and during an accident.

上述の目的を達成するため、本実施形態は、核燃料を収納するための筒状の燃料被覆管であって、炭化ケイ素の長繊維と炭化ケイ素のマトリックスとが複合化した第１の複合材料層と、前記第１の複合材料層の径方向外側に前記第１の複合材料層を覆うように前記第１の複合材料層と直接に接して積層され、炭素の長繊維と炭化ケイ素のマトリックスとが複合化した第２の複合材料層と、を有することを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present embodiment is a tubular fuel cladding tube for accommodating nuclear fuel, and is a first composite material layer in which long fibers of silicon carbide and a matrix of silicon carbide are composited. And laminated in direct contact with the first composite material layer so as to cover the first composite material layer on the radial outer side of the first composite material layer, and a matrix of carbon filaments and silicon carbide. It is characterized by having a second composite material layer in which the material is composited.

また、本実施形態は、核燃料を収納するための筒状の燃料被覆管であって、炭化ケイ素の長繊維と炭化ケイ素のマトリックスとが複合化した第１の複合材料層と、前記第１の複合材料層の径方向外側に前記第１の複合材料層を覆うように前記第１の複合材料層と直接に接して積層された中間層と、前記中間層の径方向外側に前記中間層を覆うように前記中間層と直接に接して積層され、炭素の長繊維と炭化ケイ素のマトリックスとが複合化した第２の複合材料層と、を有し、前記中間層は、炭素、チタンアルミニウムカーバイド、バナジウムアルミニウムカーバイド、クロムアルミニウムカーバイド、ニオブアルミニウムカーバイド、タンタルアルミニウムカーバイド、チタンケイ素カーバイドからなる群より選択される材料の単体で形成されている、ことを特徴とする。
また、本実施形態は、核燃料を収納するための筒状の燃料被覆管であって、炭化ケイ素の長繊維と炭化ケイ素のマトリックスとが複合化した第１の複合材料層と、前記第１の複合材料層の径方向外側に前記第１の複合材料層を覆うように前記第１の複合材料層と直接に接して積層された中間層と、前記中間層の径方向外側に前記中間層を覆うように前記中間層と直接に接して積層され、炭素の長繊維と炭化ケイ素のマトリックスとが複合化した第２の複合材料層と、を有し、前記中間層は、結晶形態が六方晶形であることを特徴とする。
Further, the present embodiment is a tubular fuel cladding tube for accommodating nuclear fuel, which is a first composite material layer in which long fibers of silicon carbide and a matrix of silicon carbide are composited, and the first composite material layer. An intermediate layer laminated in direct contact with the first composite material layer so as to cover the first composite material layer on the radial outer side of the composite material layer, and the intermediate layer on the radial outer side of the intermediate layer. It has a second composite material layer that is laminated in direct contact with the intermediate layer so as to cover it and is a composite of long carbon fibers and a matrix of silicon carbide, and the intermediate layer is carbon, titanium aluminum carbide. , Vanadium Aluminum Carbide, Chrome Aluminum Carbide, Niobium Aluminum Carbide, Tantal Aluminum Carbide, Titanium Silicon Carbide .
Further, the present embodiment is a tubular fuel cladding tube for accommodating nuclear fuel, which is a first composite material layer in which long fibers of silicon carbide and a matrix of silicon carbide are composited, and the first composite material layer. An intermediate layer laminated in direct contact with the first composite material layer so as to cover the first composite material layer on the radial outer side of the composite material layer, and the intermediate layer on the radial outer side of the intermediate layer. It has a second composite material layer that is laminated in direct contact with the intermediate layer so as to cover it, and is a composite of long carbon fibers and a matrix of silicon carbide, and the intermediate layer has a hexagonal crystal form. It is characterized by being.

また、本実施形態は、核燃料を収納するための筒状の燃料被覆管を製造する燃料被覆管の製造方法であって、炭化ケイ素のマトリックスに炭化ケイ素の長繊維を複合化させることによって第１の複合材料層を形成する第１複合材料層形成ステップと、前記第１複合材料層形成ステップの後に、前記第１の複合材料層の径方向の外側に単体の材料による中間層を形成する中間層形成ステップと、前記中間層形成ステップの後に、炭化ケイ素のマトリックスに炭素の長繊維を複合化させることによって前記中間層の径方向外側に第２の複合材料層を形成する第２複合材料層形成ステップと、を有し、前記第１の複合材料層の形成および前記第２の複合材料層のそれぞれの形成には、化学気相蒸着法および化学気相浸透法の少なくとも一方を用い、前記中間層は、炭素、チタンアルミニウムカーバイド、バナジウムアルミニウムカーバイド、クロムアルミニウムカーバイド、ニオブアルミニウムカーバイド、タンタルアルミニウムカーバイド、チタンケイ素カーバイドからなる群より選択される材料の単体で形成されており、前記中間層の形成は、化学気相蒸着法と化学気相浸透法との少なくとも一方で行う、ことを特徴とする。 Further, the present embodiment is a method for manufacturing a fuel cladding tube for manufacturing a tubular fuel cladding tube for accommodating nuclear fuel, and the first method is to composite long fibers of silicon carbide with a matrix of silicon carbide. After the first composite material layer forming step for forming the composite material layer and the first composite material layer forming step, an intermediate layer for forming an intermediate layer made of a single material is formed on the radial outer side of the first composite material layer. After the layer forming step and the intermediate layer forming step, a second composite material layer is formed on the radial outer side of the intermediate layer by compounding long carbon fibers with a silicon carbide matrix. It has a forming step, and at least one of a chemical vapor phase vapor deposition method and a chemical vapor phase infiltration method is used for the formation of the first composite material layer and the formation of each of the second composite material layer. The intermediate layer is formed of a single material selected from the group consisting of carbon, titanium aluminum carbide, vanadium aluminum carbide, chrome aluminum carbide, niobium aluminum carbide, tantalum aluminum carbide, and titanium silicon carbide, and the intermediate layer is formed. Is characterized by performing at least one of a chemical vapor phase vapor deposition method and a chemical vapor phase infiltration method .

本発明の実施形態によれば、通常運転時および事故時において耐環境性を有する燃料被覆管を提供することができる。 According to an embodiment of the present invention, it is possible to provide a fuel cladding tube having environmental resistance during normal operation and accidents.

第１の実施形態に係る燃料被覆管を有する燃料棒の構成を示す分解図である。It is an exploded view which shows the structure of the fuel rod which has the fuel cladding tube which concerns on 1st Embodiment. 第１の実施形態に係る燃料被覆管の構成を示す横断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the fuel cladding tube which concerns on 1st Embodiment. 第１の実施形態に係る燃料被覆管の製造方法の手順を示すフロー図である。It is a flow chart which shows the procedure of the manufacturing method of the fuel cladding tube which concerns on 1st Embodiment. 第１の実施形態に係る燃料被覆管の製造方法の第１の複合材料層の形成における第１の複合材用長繊維の配列を示す平面図である。It is a top view which shows the arrangement of the long fiber for the 1st composite material in the formation of the 1st composite material layer of the manufacturing method of the fuel cladding tube which concerns on 1st Embodiment. 第１の実施形態に係る燃料被覆管の製造方法の第２の複合材料層の形成における第２の複合材用長繊維の配列を示す平面図である。It is a top view which shows the arrangement of the long fiber for the 2nd composite material in the formation of the 2nd composite material layer of the manufacturing method of the fuel cladding tube which concerns on 1st Embodiment. 第１の実施形態に係る燃料被覆管の製造方法の第１の複合材料層の形成における第１の例による予備成形体の形成後の状態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the state after the formation of the preformed body by 1st example in the formation of the 1st composite material layer of the manufacturing method of the fuel cladding tube which concerns on 1st Embodiment. 第１の実施形態に係る燃料被覆管の製造方法の第１の複合材料層の形成における第２の例による予備成形体の形成後の状態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the state after the formation of the preformed body by 2nd example in the formation of the 1st composite material layer of the manufacturing method of the fuel cladding tube which concerns on 1st Embodiment. 第２の実施形態に係る燃料被覆管の構成を示す横断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the fuel cladding tube which concerns on 2nd Embodiment. 第２の実施形態に係る燃料被覆管の製造方法の手順を示すフロー図である。It is a flow chart which shows the procedure of the manufacturing method of the fuel cladding tube which concerns on 2nd Embodiment. 第３の実施形態に係る燃料被覆管の構成を示す横断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the fuel cladding tube which concerns on 3rd Embodiment. 第３の実施形態に係る燃料被覆管の製造方法の手順を示すフロー図である。It is a flow chart which shows the procedure of the manufacturing method of the fuel cladding tube which concerns on 3rd Embodiment. 第４の実施形態に係る燃料被覆管の構成を示す横断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the fuel cladding tube which concerns on 4th Embodiment. 第４の実施形態に係る燃料被覆管の製造方法の手順を示すフロー図である。It is a flow chart which shows the procedure of the manufacturing method of the fuel cladding tube which concerns on 4th Embodiment. 第５の実施形態に係る燃料被覆管の構成を示す横断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the fuel cladding tube which concerns on 5th Embodiment. 第５の実施形態に係る燃料被覆管の製造方法の手順を示すフロー図である。It is a flow chart which shows the procedure of the manufacturing method of the fuel cladding tube which concerns on 5th Embodiment.

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る燃料被覆管、および燃料被覆管の製造方法について説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には、共通の符号を付して、重畳する説明は省略する。 Hereinafter, the fuel cladding tube according to the embodiment of the present invention and the method for manufacturing the fuel cladding tube will be described with reference to the drawings. Here, common reference numerals are given to parts that are the same as or similar to each other, and the description of superimposing them will be omitted.

［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態に係る燃料被覆管を有する燃料棒の構成を示す分解図である。燃料棒１０は、本実施形態に係る燃料被覆管１００と、その上下の開放部に取り付けられる上部端栓３および下部端栓４と、核燃料であるたとえば長手方向に積層された複数の円柱状の燃料ペレット１およびその振動を抑制するためのスプリング２を有する。 [First Embodiment]
FIG. 1 is an exploded view showing a configuration of a fuel rod having a fuel cladding tube according to the first embodiment. The fuel rod 10 includes a fuel cladding tube 100 according to the present embodiment, an upper end plug 3 and a lower end plug 4 attached to open portions above and below the fuel rod 100, and a plurality of cylindrical columns of nuclear fuel, for example, laminated in the longitudinal direction. It has a fuel pellet 1 and a spring 2 for suppressing its vibration.

燃料被覆管１００は、円筒状の管であり、上部端栓３および下部端栓４と相俟って密閉空間を形成する。この密閉空間内に、核燃料を収納する。なお、本実施形態との関係においては、燃料ペレット１および燃料被覆管１００の断面形状は、円形に限定されない。たとえば正方形や三角形に近い形状であってもよい。 The fuel cladding tube 100 is a cylindrical tube, and together with the upper end plug 3 and the lower end plug 4, forms a closed space. Nuclear fuel is stored in this enclosed space. In relation to the present embodiment, the cross-sectional shapes of the fuel pellet 1 and the fuel cladding tube 100 are not limited to a circular shape. For example, it may have a shape close to a square or a triangle.

図２は、第１の実施形態に係る燃料被覆管の構成を示す横断面図である。燃料被覆管１００は、円筒状に形成された第１の複合材料層１１０と、第１の複合材料層１１０の径方向外側に形成された円筒状の第２の複合材料層１２０とを有する。図２に示すように、第１の複合材料層１１０と第２の複合材料層１２０は、径方向に積層されて、第１の複合材料層１１０の外面と第２の複合材料層１２０の内面とは互いに接している。 FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configuration of the fuel cladding tube according to the first embodiment. The fuel cladding tube 100 has a first composite material layer 110 formed in a cylindrical shape and a second cylindrical composite material layer 120 formed radially outside the first composite material layer 110. As shown in FIG. 2, the first composite material layer 110 and the second composite material layer 120 are laminated in the radial direction, and the outer surface of the first composite material layer 110 and the inner surface of the second composite material layer 120 are laminated. Are in contact with each other.

第１の複合材料層１１０は、複数の炭化ケイ素の第１の複合材用長繊維１１１（図４）と、炭化ケイ素の第１のマトリックス（母材）１１２（図４）とを有する。複数の第１の複合材用長繊維１１１はマトリックス１１２中に複合化している。 The first composite material layer 110 has a plurality of silicon carbide long fibers 111 for a first composite material (FIG. 4) and a first matrix of silicon carbide (base material) 112 (FIG. 4). The plurality of first composite long fibers 111 are composited in the matrix 112.

第２の複合材料層１２０は、複数の炭素の第２の複合材用長繊維１２１（図５）と、炭化ケイ素の第２のマトリックス（母材）１２２（図５）とを有する。複数の第２の複合材用長繊維１２１は第２のマトリックス１２２中に複合化している。 The second composite material layer 120 has a plurality of carbon long fibers 121 for the second composite material (FIG. 5) and a second matrix (base material) 122 of silicon carbide (FIG. 5). The plurality of second composite length fibers 121 are composited in the second matrix 122.

燃料被覆管１００は、たとえば、外径が１０ｍｍ前後である。燃料被覆管１００の厚みは、腐食代を考慮した構造強度上の必要厚さと、核分裂生成物を含む核燃料から外部への熱除去の上での厚みの上限値等を考慮して決定されるが、０．７ｍｍ以上、１．２ｍｍ以下程度が好ましい。 The fuel cladding tube 100 has, for example, an outer diameter of about 10 mm. The thickness of the fuel cladding tube 100 is determined in consideration of the required thickness for structural strength in consideration of the corrosion allowance and the upper limit of the thickness for removing heat from the nuclear fuel containing fission products to the outside. , 0.7 mm or more and 1.2 mm or less are preferable.

第１の複合材料層１１０の厚みは、燃料被覆管１００における機械的特性や耐環境性の面から０．２ｍｍ以上で、かつ、損傷時に長繊維による強化機構が十分に発現されるために１．０ｍｍ以下であることが好ましい。 The thickness of the first composite material layer 110 is 0.2 mm or more in terms of mechanical properties and environmental resistance of the fuel cladding tube 100, and the reinforcing mechanism by the long fibers is sufficiently exhibited at the time of damage. It is preferably 0.0 mm or less.

また、第２の複合材料層１２０の厚みは、燃料被覆管１００における機械的特性や耐環境性の面から０．２ｍｍ以上で、かつ、損傷時に長繊維による強化機構が十分に発現されるために０．６ｍｍ以下であることが好ましい。 Further, the thickness of the second composite material layer 120 is 0.2 mm or more in terms of mechanical properties and environmental resistance of the fuel cladding tube 100, and the reinforcing mechanism by the long fibers is sufficiently exhibited at the time of damage. It is preferably 0.6 mm or less.

すなわち、第１の複合材料層１１０の厚みが０．２ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下で、かつ、第２の複合材料層１２０の厚みが０．２ｍｍ以上、０．６ｍｍ以下で、かつ、第１の複合材料層１１０と第２の複合材料層１２０により形成された燃料被覆管の厚みが０．７ｍｍ以上、１．２ｍｍ以下となるように、第１の複合材料層１１０の厚みおよび第２の複合材料層１２０の厚みを選定することが好ましい。 That is, the thickness of the first composite material layer 110 is 0.2 mm or more and 1.0 mm or less, and the thickness of the second composite material layer 120 is 0.2 mm or more and 0.6 mm or less, and the first. The thickness of the first composite material layer 110 and the thickness of the second composite material layer 110 are such that the thickness of the fuel cladding tube formed by the composite material layer 110 and the second composite material layer 120 is 0.7 mm or more and 1.2 mm or less. It is preferable to select the thickness of the composite material layer 120.

図３は、第１の実施形態に係る燃料被覆管の製造方法の手順を示すフロー図である。 FIG. 3 is a flow chart showing a procedure of a method for manufacturing a fuel cladding tube according to the first embodiment.

第１の複合材料層１１０の径方向外側に第２の複合材料層１２０を形成する場合は、まず、第１の複合材料層１１０を形成し（ステップＳ１０１）、その後に第２の複合材料層１２０を形成する（ステップＳ２０１）。 When forming the second composite material layer 120 radially outside the first composite material layer 110, first the first composite material layer 110 is formed (step S101), and then the second composite material layer is formed. Form 120 (step S201).

第１の複合材料層１１０の形成（ステップＳ１０１）については、まず、炭化ケイ素の長繊維である第１の複合材用長繊維１１１（図４）の繊維束を用いて、第１の予備成形体１１５（図４）を形成する（ステップＳ１１１）。詳細には、まず、炭化ケイ素の長繊維を複数束ねた繊維束（ヤーン）を準備する。このとき、繊維束内の長繊維の本数は１００本以上、５００本以下であることが好ましい。その繊維束を用いて、たとえば炭素系材料で製作した円筒状の予備成形体形成用ガイド５０（図６、７）を用いて、この周囲に円筒形状の第１の予備成形体（繊維プリフォーム）１１５を形成する。 Regarding the formation of the first composite material layer 110 (step S101), first, the fiber bundle of the first long fiber 111 for composite material (FIG. 4), which is a long fiber of silicon carbide, is used for the first preforming. Form the body 115 (FIG. 4) (step S111). Specifically, first, a fiber bundle (yarn) in which a plurality of long fibers of silicon carbide are bundled is prepared. At this time, the number of long fibers in the fiber bundle is preferably 100 or more and 500 or less. Using the fiber bundle, for example, a cylindrical preformed body forming guide 50 (FIGS. 6 and 7) made of a carbon-based material is used, and a first cylindrical preformed body (fiber preform) is used around the guide. ) 115 is formed.

図４は、第１の複合材料層の形成における第１の複合材用長繊維の配列を示す平面図である。第１の複合材用長繊維１１１は、第１の方向に向けて配された第１方向長繊維１１１ａと第２の方向に向けて配された第２方向長繊維１１１ｂを有する。第１方向長繊維１１１ａのそれぞれのグループが互いに並列に配された上に、すなわち径方向外側に第２方向長繊維１１１ｂのそれぞれのグループが互いに並列に配されている。なお、図４は、第１方向長繊維１１１ａのそれぞれのグループ間、および第２方向長繊維１１１ｂのそれぞれのグループ間に間隔が設けられている例を示しているが、この間隔を設けなくともよい。 FIG. 4 is a plan view showing the arrangement of the long fibers for the first composite material in the formation of the first composite material layer. The first composite length fiber 111 has a first-direction long fiber 111a arranged in the first direction and a second-direction long fiber 111b arranged in the second direction. Each group of the first-direction long fibers 111a is arranged in parallel with each other, that is, each group of the second-direction long fibers 111b is arranged in parallel with each other on the outer side in the radial direction. Note that FIG. 4 shows an example in which a space is provided between each group of the first-direction long fibers 111a and between each group of the second-direction long fibers 111b, but even if this space is not provided. good.

第１の方向と第２の方向とは、互いに交差角Φをもって交差している。２つの方向に配列させることにより、燃料被覆管１００の軸方向および周方向それぞれについての応力を負担させ、それぞれの方向について強度を向上させることができる。なお、第１の方向が周方向で第２の方向が軸方向、あるいは両者が同じ角度だけずれている場合は、第１の方向と第２の方向とは直交、すなわちΦが９０度となる。 The first direction and the second direction intersect each other with an intersection angle Φ. By arranging them in two directions, stress can be applied in each of the axial direction and the circumferential direction of the fuel cladding tube 100, and the strength can be improved in each direction. If the first direction is the circumferential direction and the second direction is the axial direction, or both are deviated by the same angle, the first direction and the second direction are orthogonal to each other, that is, Φ is 90 degrees. ..

なお、図４では、第１方向長繊維１１１ａのそれぞれのグループが互いに並列に配された上に、すなわち径方向外側に第２方向長繊維１１１ｂのそれぞれのグループが互いに並列に配されており、両者はいわゆる編み目状には形成されていない。ただし、燃料被覆管１００は長尺であることから、第１の予備成形体１１５の形成過程において、複数の第１方向長繊維１１１ａおよび複数の第２方向長繊維１１１ｂの中での互いの結合部分を形成する等のために、一部において編み目を設けることがあってもよい。 In FIG. 4, each group of the first-direction long fibers 111a is arranged in parallel with each other, that is, each group of the second-direction long fibers 111b is arranged in parallel with each other on the outer side in the radial direction. Both are not formed in a so-called stitch shape. However, since the fuel cladding tube 100 is long, in the process of forming the first preformed body 115, the fuel cladding tube 100 is bonded to each other in the plurality of first-direction long fibers 111a and the plurality of second-direction long fibers 111b. A stitch may be provided in a part for forming a part or the like.

図４は、第１方向長繊維１１１ａと第２方向長繊維１１１ｂの組み合わせが１層の場合を示している。第１の予備成形体１１５は、第１方向長繊維１１１ａと第２方向長繊維１１１ｂの組み合わせの層が、１層あるいは径方向に複数の層を積層することにより形成される。 FIG. 4 shows a case where the combination of the first-direction long fiber 111a and the second-direction long fiber 111b is one layer. The first preformed body 115 is formed by laminating one layer or a plurality of layers in the radial direction of a combination of the first-direction long fibers 111a and the second-direction long fibers 111b.

図５は、第２の複合材料層の形成における第２の複合材用長繊維の配列を示す平面図である。第２の複合材用長繊維１２１は、第１の方向に向けて配された第１方向長繊維１２１ａと第２の方向に向けて配された第２方向長繊維１２１ｂを有する。第１方向長繊維１２１ａのそれぞれのグループが互いに並列に配された上に、すなわち径方向外側に第２方向長繊維１２１ｂのそれぞれのグループが互いに並列に配されている。第２の予備成形体１２５についても第１の予備成形体と同様である。ただし、必ずしも、第１の予備成形体と同一の成形方法をとらなくともよい。 FIG. 5 is a plan view showing the arrangement of the long fibers for the second composite material in the formation of the second composite material layer. The second composite length fiber 121 has a first-direction long fiber 121a arranged in the first direction and a second-direction long fiber 121b arranged in the second direction. Each group of the first-direction long fibers 121a is arranged in parallel with each other, that is, each group of the second-direction long fibers 121b is arranged in parallel with each other on the outer side in the radial direction. The same applies to the second preformed body 125 as well as the first preformed body. However, it is not always necessary to use the same molding method as that of the first preformed body.

図６は、第１の複合材料層の形成における第１の例による予備成形体の形成後の状態を示す斜視図である。この第１の例においては、第１の方向は、燃料被覆管１００の周方向であり、第２の方向は、燃料被覆管１００の軸方向である。 FIG. 6 is a perspective view showing a state after the formation of the preformed body according to the first example in the formation of the first composite material layer. In this first example, the first direction is the circumferential direction of the fuel cladding tube 100, and the second direction is the axial direction of the fuel cladding tube 100.

周方向である第１の方向については、たとえばフィラメントワインディング法を用いて、スパイラルの傾斜角を小さくとることにより実現することができる。あるいは、完全に周方向に形成する、すなわち、傾斜角を０度とするためには、軸方向に第１の方向用すなわち周方向用の繊維束を並列に並べ、第２の方向用すなわち軸方向用の繊維束を挟み込みながら、周方向用の繊維束を巻きつける方法でもよい。この場合は、この操作により多層の構成を一回で実現するので、何周巻くことでどの程度の厚さになるかを事前に把握しておく必要がある。 The first direction, which is the circumferential direction, can be realized by, for example, using a filament winding method and reducing the inclination angle of the spiral. Alternatively, in order to form completely in the circumferential direction, that is, to set the inclination angle to 0 degrees, the fiber bundles for the first direction, that is, the circumferential direction are arranged in parallel in the axial direction, and the fiber bundles for the second direction, that is, the axis are arranged in parallel. A method of winding the fiber bundle for the circumferential direction while sandwiching the fiber bundle for the direction may also be used. In this case, since a multi-layered configuration can be realized at one time by this operation, it is necessary to know in advance how many turns will make the thickness.

なお、第１の方向は、周方向に対してプラスマイナス３０度の範囲に、第２の方向は、軸方向に対してプラスマイナス３０度の範囲にすることが好ましい。３０度であれば、３０度の余弦は約０．８６であり、ほぼ所期の方向の強度を確保することができる。すなわち、この範囲で複合化できると、燃料被覆管用構造部材に求められる強度特性を十分に発現することが可能となる。 It is preferable that the first direction is in the range of plus or minus 30 degrees with respect to the circumferential direction, and the second direction is in the range of plus or minus 30 degrees with respect to the axial direction. If it is 30 degrees, the cosine of 30 degrees is about 0.86, and the strength in the desired direction can be secured. That is, if it can be compounded within this range, it becomes possible to sufficiently exhibit the strength characteristics required for the structural member for the fuel cladding tube.

第１方向長繊維１１１ａと第２方向長繊維１１１ｂのそれぞれの長繊維の強化方向が周方向と軸方向とに同一層に配置されることにより、繊維束間のマトリックスも、厚み方向に連続して形成される。これにより、燃料被覆管の厚み方向の熱伝導率は、マトリックスの炭化ケイ素の優れた熱伝導率を活かした構造を提供できる。 By arranging the strengthening directions of the long fibers 111a in the first direction and the long fibers 111b in the second direction in the same layer in the circumferential direction and the axial direction, the matrix between the fiber bundles is also continuous in the thickness direction. Is formed. Thereby, the thermal conductivity in the thickness direction of the fuel cladding tube can provide a structure utilizing the excellent thermal conductivity of the silicon carbide of the matrix.

図７は、第１の複合材料層の形成における第２の例による予備成形体の形成後の状態を示す斜視図である。この第２の例においては、第１の方向は、燃料被覆管１００の周方向に対して角度を持った方向である。すなわち、予備成形体形成用ガイド５０の外表面に沿ってスパイラル状に巻かれている。また、第２の方向は、燃料被覆管１００の周方向に対して角度を持った方向であるが、周方向に見て第１の方向とは反対側に向かう方向である。すなわち、予備成形体形成用ガイド５０の外表面に沿って、周方向に見て第１の方向とは反対側に向かってスパイラル状に巻かれている。すなわち、第１方向長繊維１１１ａと第２方向長繊維１１１ｂとは、図４に示すように、ある交差角Φをもって交差している。 FIG. 7 is a perspective view showing a state after formation of the preformed body according to the second example in the formation of the first composite material layer. In this second example, the first direction is a direction having an angle with respect to the circumferential direction of the fuel cladding tube 100. That is, it is spirally wound along the outer surface of the preformed body forming guide 50. The second direction is a direction having an angle with respect to the circumferential direction of the fuel cladding tube 100, but is a direction opposite to the first direction when viewed in the circumferential direction. That is, it is spirally wound along the outer surface of the preformed body forming guide 50 toward the side opposite to the first direction when viewed in the circumferential direction. That is, the first-direction long fiber 111a and the second-direction long fiber 111b intersect with each other at a certain crossing angle Φ, as shown in FIG.

なお、繊維プリフォームの製造方法としては、フィラメントワインディング法、ブレーディング法を用いることができる。 As a method for producing the fiber preform, a filament winding method and a braiding method can be used.

円柱状の予備成形体形成ガイド５０の周囲に、炭化ケイ素の長繊維の繊維束を、方向をそろえて配列し所定の厚みになるまで巻いた後に固化させる。この後、予備成形体形成ガイド５０は、たとえば、第１の予備成形体１１５の形成の後、あるいは、第１の複合材料層１１０の形成の後に取り外す。 Around the columnar preformed body forming guide 50, fiber bundles of long fibers of silicon carbide are arranged in the same direction, wound to a predetermined thickness, and then solidified. After this, the preformed body forming guide 50 is removed, for example, after the formation of the first preformed body 115 or after the formation of the first composite material layer 110.

この結果、第１の複合材用長繊維１１１は、第１方向長繊維１１１ａと第２方向長繊維１１１ｂの組み合わせの層を、単一あるいは複数を積層することにより、径方向に所定の厚みを有する第１の予備成形体１１５が形成される。この径方向の所定の厚みは、第１の複合材料層１１０の最終の厚みと、第１の予備成形体１１５の径方向内外へのマトリックス材の付着の厚み等を考慮して設定する。 As a result, the long fiber 111 for the first composite material has a predetermined thickness in the radial direction by laminating a single layer or a plurality of layers of a combination of the long fiber 111a in the first direction and the long fiber 111b in the second direction. The first preformed body 115 to have is formed. The predetermined thickness in the radial direction is set in consideration of the final thickness of the first composite material layer 110, the thickness of the matrix material adhering to the inside and outside of the first preformed body 115 in the radial direction, and the like.

次に、ステップＳ１１１で形成した第１の予備成形体１１５に第１のマトリックス１１２を形成する（ステップＳ１２１）。第１のマトリックス１１２は、炭化ケイ素を材料とする。 Next, the first matrix 112 is formed on the first preformed body 115 formed in step S111 (step S121). The first matrix 112 is made of silicon carbide.

第１のマトリックス１１２の形成は、化学気相蒸着法と化学気相浸透法との少なくとも一方の方法で行われ、両者を用いてもよい。たとえば、第１の予備成形体１１５を構成する第１の複合材用長繊維１１１の間に、化学気相浸透法で第１のマトリックス１１２を形成するものとし、必要に応じて、第１の予備成形体１１５の周囲をマトリックスが覆うように、化学気相蒸着法でマトリックスを形成することでもよい。 The formation of the first matrix 112 is carried out by at least one of a chemical vapor deposition method and a chemical vapor phase infiltration method, and both may be used. For example, it is assumed that the first matrix 112 is formed by the chemical vapor phase infiltration method between the long fibers 111 for the first composite material constituting the first preformed body 115, and if necessary, the first matrix 112 is formed. The matrix may be formed by a chemical vapor deposition method so that the matrix covers the periphery of the preformed body 115.

なお、プリカーサ含浸焼成法（ＰＩＰ）でマトリックスの形成を行う場合には、焼成による収縮などに起因して、マトリックスに微細なクラックが発生する。また、形成される炭化ケイ素マトリックスはアモルファス炭化ケイ素（Ｓｉ－Ｃ－Ｏ）であり、酸素を含有してしまう。このため、燃料被覆管１００において気密性および高熱伝導性を確保するためには、プリカーサ含浸焼成法（ＰＩＰ）でなく、化学気相蒸着法、化学気相浸透法でマトリックスの形成を行う方が好ましい。 When the matrix is formed by the precursor impregnation firing method (PIP), fine cracks are generated in the matrix due to shrinkage due to firing. Further, the silicon carbide matrix formed is amorphous silicon carbide (Si—CO) and contains oxygen. Therefore, in order to ensure airtightness and high thermal conductivity in the fuel cladding tube 100, it is better to form the matrix by the chemical vapor deposition method or the chemical vapor deposition method instead of the precursor impregnation firing method (PIP). preferable.

以上のように、第１の予備成形体１１５に第１のマトリックス１１２を形成することにより、第１の複合材料層１１０が形成される。 As described above, the first composite material layer 110 is formed by forming the first matrix 112 on the first preformed body 115.

次に、第２の複合材料層１２０の形成（ステップＳ２０１）については、まず、炭素の長繊維の繊維束を用いて、第２の予備成形体１２５（図５）を形成する（ステップＳ２１１）。詳細には、炭素の長繊維を複数束ねた繊維束（ヤーン）を準備する。このとき、繊維束内の長繊維の本数は１００本以上、５００本以下であることが好ましい。その繊維束を用いて、第１の複合材料層１１０の外表面に、第１の複合材料層１１０を覆うようにかつ第１の複合材料層１１０に接触して、円筒形状の第２の予備成形体（繊維プリフォーム）１２５を形成する。 Next, regarding the formation of the second composite material layer 120 (step S201), first, the second preformed body 125 (FIG. 5) is formed by using the fiber bundle of long carbon fibers (step S211). .. Specifically, a fiber bundle (yarn) in which a plurality of long carbon fibers are bundled is prepared. At this time, the number of long fibers in the fiber bundle is preferably 100 or more and 500 or less. Using the fiber bundle, the outer surface of the first composite material layer 110 is placed in contact with the first composite material layer 110 so as to cover the first composite material layer 110, and the second reserve is cylindrical. A molded body (fiber preform) 125 is formed.

第２の予備成形体１２５についても、第１の予備成形体１１５と同様に、第１の方向と第２の方向に配列された長繊維の単一あるいは径方向に積層された複数の層により形成する。 Similarly to the first preformed body 115, the second preformed body 125 is also composed of a single layer of long fibers arranged in the first direction and the second direction, or a plurality of layers laminated in the radial direction. Form.

次に、ステップＳ２１１で形成した第２の予備成形体１２５に第２のマトリックス１２２を形成する（ステップＳ２２１）。第２のマトリックス１２２は、炭化ケイ素を材料とする。第２のマトリックス１２２の形成は、第１の複合材料層１１０の場合と同様な方法で行う。 Next, the second matrix 122 is formed on the second preformed body 125 formed in step S211 (step S221). The second matrix 122 is made of silicon carbide. The formation of the second matrix 122 is performed in the same manner as in the case of the first composite material layer 110.

炭化ケイ素の長繊維は、炭素の長繊維に比べて、たとえば、４００℃を超えるような大気中温度が高い環境下における耐性が高い。また、炭化ケイ素の長繊維は、引張強度が２～４ＧＰａであって、引張弾性率が１５０～４００ＧＰａである。したがって、炭化ケイ素の長繊維である第１の複合材用長繊維１１１を用いた第１の複合材料層１１０は、特に、事故時のような高温条件において効果を発揮する。 Silicon carbide long fibers have higher resistance than carbon long fibers in an environment where the atmospheric temperature is high, for example, exceeding 400 ° C. Further, the long fibers of silicon carbide have a tensile strength of 2 to 4 GPa and a tensile elastic modulus of 150 to 400 GPa. Therefore, the first composite material layer 110 using the long fiber 111 for the first composite material, which is a long fiber of silicon carbide, is particularly effective under high temperature conditions such as at the time of an accident.

一方、炭素の長繊維は、炭化ケイ素の長繊維に比べて、４００℃程度以下の水に曝される環境下での耐性が高い。また、炭素の長繊維は、引張強度が１～７ＧＰａであって、引張弾性率が３０～９５０ＧＰａである。したがって、炭素の長繊維である第２の複合材用長繊維１２１を用いた第２の複合材料層１２０は、特に、通常運転時を中心にした運転条件において効果を発揮する。 On the other hand, carbon long fibers have higher resistance in an environment exposed to water of about 400 ° C. or lower than silicon carbide long fibers. Further, the long carbon fiber has a tensile strength of 1 to 7 GPa and a tensile elastic modulus of 30 to 950 GPa. Therefore, the second composite material layer 120 using the second long fiber 121 for a composite material, which is a long fiber of carbon, is particularly effective under operating conditions mainly during normal operation.

前述のように、第１の複合材料層１１０の厚みが０．２ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下で、かつ、第２の複合材料層１２０の厚みが０．２ｍｍ以上、０．６ｍｍ以下で、かつ、第１の複合材料層１１０と第２の複合材料層１２０により形成される燃料被覆管１００の厚みの合計値が０．７ｍｍ以上、１．２ｍｍ以下となるような第１の複合材料層１１０の厚みおよび第２の複合材料層１２０の厚みを選定することが好ましい。 As described above, the thickness of the first composite material layer 110 is 0.2 mm or more and 1.0 mm or less, and the thickness of the second composite material layer 120 is 0.2 mm or more and 0.6 mm or less. , The first composite material layer 110 such that the total thickness of the fuel cladding tube 100 formed by the first composite material layer 110 and the second composite material layer 120 is 0.7 mm or more and 1.2 mm or less. And the thickness of the second composite material layer 120 are preferably selected.

このような条件のもとで、通常運転時および事故時においての耐環境性および機械的特性をどのようにバランスさせるかという方針に応じて、第１の複合材料層１１０と第２の複合材料層１２０のそれぞれの厚みを適宜設定して積層させることができる。また、マトリックスの形成に、化学気相蒸着法および化学気相浸透法の少なくともいずれかを用いることにより、気密性および高熱伝導性を確保することができる。 Under these conditions, the first composite layer 110 and the second composite material depend on the policy of how to balance the environmental resistance and mechanical properties during normal operation and accidents. The thickness of each of the layers 120 can be appropriately set and laminated. In addition, airtightness and high thermal conductivity can be ensured by using at least one of a chemical vapor deposition method and a chemical vapor phase infiltration method for forming the matrix.

このように、炭化ケイ素の第１のマトリックス１１２に炭化ケイ素の第１の複合材用長繊維１１１が複合化した第１の複合材料層１１０と、炭化ケイ素の第２のマトリックス１２２に炭素の第２の複合材用長繊維１２１が複合化した第２の複合材料層１２０との積層構造で、燃料被覆管１００を構成することによって、広い環境条件にわたって、耐環境性および機械的特性の向上を実現することができる。 As described above, the first composite material layer 110 in which the long fibers 111 for the first composite material of silicon carbide are composited with the first matrix 112 of silicon carbide, and the second matrix 122 of silicon carbide are made of carbon. By forming the fuel cladding tube 100 in a laminated structure with the second composite material layer 120 in which the long fibers 121 for composite materials of 2 are composited, the environmental resistance and mechanical properties are improved over a wide range of environmental conditions. It can be realized.

本実施形態による燃料被覆管１００の製造に用いる長繊維強化炭化ケイ素部材は、燃料集合体を構成するチャンネルボックスや燃料棒を固定するタイプレート、制御棒の構造材料などの材料に利用することができる。 The long fiber reinforced silicon carbide member used for manufacturing the fuel cladding tube 100 according to the present embodiment can be used as a material such as a channel box constituting a fuel assembly, a tie plate for fixing a fuel rod, and a structural material for a control rod. can.

以上のように、本実施形態における燃料被覆管および燃料被覆管の製造方法により、通常運転時および事故時において耐環境性を有する燃料被覆管を提供することができる。 As described above, the method for manufacturing a fuel cladding tube and a fuel cladding tube according to the present embodiment can provide a fuel cladding tube having environmental resistance during normal operation and during an accident.

［第２の実施形態］
図８は、第２の実施形態に係る燃料被覆管１０１の構成を示す横断面図である。本第２の実施形態は、第１の実施形態の変形である。本第２の実施形態においては、第１の複合材料層１１０の径方向外側であって第２の複合材料層１２０の径方向内側に、中間層１３０が設けられている。第１の複合材料層１１０と中間層１３０、および中間層１３０と第２の複合材料層１２０は、互いに密着している。それ以外は、第１の実施形態と同様である。 [Second Embodiment]
FIG. 8 is a cross-sectional view showing the configuration of the fuel cladding tube 101 according to the second embodiment. The second embodiment is a modification of the first embodiment. In the second embodiment, the intermediate layer 130 is provided on the radial outside of the first composite material layer 110 and on the radial inside of the second composite material layer 120. The first composite material layer 110 and the intermediate layer 130, and the intermediate layer 130 and the second composite material layer 120 are in close contact with each other. Other than that, it is the same as that of the first embodiment.

中間層１３０は、たとえば、炭素、チタンアルミニウムカーバイド、バナジウムアルミニウムカーバイド、クロムアルミニウムカーバイド、ニオブアルミニウムカーバイド、タンタルアルミニウムカーバイド、チタンケイ素カーバイドからなる群より選択される材料のいずれかの単体で形成されている。 The intermediate layer 130 is formed of, for example, a single material selected from the group consisting of carbon, titanium aluminum carbide, vanadium aluminum carbide, chromium aluminum carbide, niobium aluminum carbide, tantalum aluminum carbide, and titanium silicon carbide. ..

中間層１３０は、厚みが０．０１ｍｍ以上、０．１ｍｍ以下であることが好ましい。第１の複合材料層１１０と第２の複合材料層１２０との間において異なる機械的特性を十分発現させるためには、中間層１３０が上記範囲の下限値以上であることが好ましい。また、燃料被覆管１００の機械的強度特性の観点からは、中間層１３０が上記範囲の上限値以下であることが好ましい。このため、中間層１３０の厚みは、特に、０．０２ｍｍ以上、０．０５ｍｍ以下の範囲にあることが、より好ましい。 The thickness of the intermediate layer 130 is preferably 0.01 mm or more and 0.1 mm or less. In order to sufficiently exhibit different mechanical properties between the first composite material layer 110 and the second composite material layer 120, it is preferable that the intermediate layer 130 is at least the lower limit of the above range. Further, from the viewpoint of the mechanical strength characteristics of the fuel cladding tube 100, it is preferable that the intermediate layer 130 is not more than the upper limit value in the above range. Therefore, it is more preferable that the thickness of the intermediate layer 130 is in the range of 0.02 mm or more and 0.05 mm or less.

中間層１３０は、燃料被覆管１０１において、長さ方向（軸方向）と周方向とで強度が異なる異方性を備えた層である。中間層１３０は、結晶形態が六方晶形または擬六方晶形を示す単斜晶形であることが更に好ましい。この場合には、中間層１３０を構成する六方晶形の結晶において、結晶面の滑りが生ずる。このため、第１の複合材料層１１０と第２の複合材料層１２０とのそれぞれにおいてクラックが進展することを抑制することができる。その結果、燃料被覆管１０１の機械的特性を更に向上することができる。特に、三元の炭化物（たとえば、チタンアルミニウムカーバイド、バナジウムアルミニウムカーバイド、クロムアルミニウムカーバイド、ニオブアルミニウムカーバイド、タンタルアルミニウムカーバイド、チタンケイ素カーバイド）について、結晶形態が六方晶形であることが更に好ましい。 The intermediate layer 130 is a layer having anisotropy in the fuel cladding tube 101 having different strengths in the length direction (axial direction) and the circumferential direction. It is more preferable that the intermediate layer 130 has a monoclinic crystal form showing a hexagonal or pseudo-hexagonal crystal form. In this case, the crystal face slips in the hexagonal crystals constituting the intermediate layer 130. Therefore, it is possible to suppress the growth of cracks in each of the first composite material layer 110 and the second composite material layer 120. As a result, the mechanical properties of the fuel cladding tube 101 can be further improved. In particular, for ternary carbides (eg, titanium aluminum carbide, vanadium aluminum carbide, chromium aluminum carbide, niobium aluminum carbide, tantalum aluminum carbide, titanium silicon carbide), the crystal form is more preferably hexagonal.

なお、中間層１３０は、上記した特定の材料の単体層が一つである場合の他に、その単体層を複数積層することで構成してもよい。たとえば、炭素の単体層とチタンケイ素カーバイドの単体層とを順次積層することによって、中間層１３０を構成してもよい。 In addition to the case where the intermediate layer 130 has only one single layer of the specific material described above, the intermediate layer 130 may be configured by laminating a plurality of the single layers. For example, the intermediate layer 130 may be formed by sequentially laminating a single layer of carbon and a single layer of titanium silicon carbide.

図９は、第２の実施形態に係る燃料被覆管１０１の製造方法の手順を示すフロー図である。本実施形態による燃料被覆管１０１の製造方法においては、第１の複合材料層の形成ステップＳ１０１の後で、かつ、第２の複合材料層の形成ステップＳ２０２の前に、中間層の形成ステップＳ３０１を行う。 FIG. 9 is a flow chart showing a procedure of a method for manufacturing the fuel cladding tube 101 according to the second embodiment. In the method for manufacturing the fuel cladding tube 101 according to the present embodiment, the intermediate layer forming step S301 is performed after the first composite material layer forming step S101 and before the second composite material layer forming step S202. I do.

第１の複合材料層の形成ステップＳ１０１については、第１の実施形態と同様である。 The first composite material layer forming step S101 is the same as that of the first embodiment.

中間層の形成ステップＳ３０１においては、第１の複合材料層１１０の径方向外側に、所定の材料の単体層を形成する（ステップＳ３１１）。１種類の単体層で、あるいは複数種類の単体層を積層することにより、中間層１３０を形成する。 In the intermediate layer forming step S301, a single layer of a predetermined material is formed on the radial outer side of the first composite material layer 110 (step S311). The intermediate layer 130 is formed by using one type of single layer or by laminating a plurality of types of single layers.

中間層１３０の形成は、真空蒸着（Ｖａｃｕｕｍ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、イオンプレーティング法、スパッタリング法、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、熱ＣＶＤ法、光ＣＶＤ法、有機金属気相成長（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ ＣＶＤ）法などの成膜方法で行う。このうち、熱ＣＶＤ法は、原料ガスを切り替えることによって、第１の複合材料層１１０の成膜と中間層１３０の成膜とを連続的に行うことができるので、好適である。 The intermediate layer 130 is formed by a vacuum vapor deposition method, an ion plating method, a sputtering method, a plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) method, a thermal CVD method, an optical CVD method, and an organic metal vapor deposition method. ) Method or other film deposition method. Of these, the thermal CVD method is suitable because the film formation of the first composite material layer 110 and the film formation of the intermediate layer 130 can be continuously performed by switching the raw material gas.

つぎに、第２の複合材料層１２０を形成する（ステップＳ２０２）。まず、中間層１３０の外周面に第２の予備成形体１２５を形成する（ステップＳ２１２）。次に、ステップＳ２１２で形成した第２の予備成形体１２５に第２のマトリックス１２２を形成する（ステップＳ２２２）。具体的には、第１の実施形態の場合と同様な方法で行う。以上のようにして、本実施形態の燃料被覆管１０１を完成させる。 Next, the second composite material layer 120 is formed (step S202). First, the second preformed body 125 is formed on the outer peripheral surface of the intermediate layer 130 (step S212). Next, the second matrix 122 is formed on the second preformed body 125 formed in step S212 (step S222). Specifically, the same method as in the case of the first embodiment is performed. As described above, the fuel cladding tube 101 of the present embodiment is completed.

本実施形態においては、この特定材料で形成した中間層１３０が長さ方向と周方向と厚み方向で強度が異なることを利用した材料設計により、長繊維による強化方向の機械的特性をさらに向上させることができる。 In the present embodiment, the mechanical properties in the strengthening direction by the long fibers are further improved by the material design utilizing the fact that the intermediate layer 130 formed of this specific material has different strengths in the length direction, the circumferential direction and the thickness direction. be able to.

［第３の実施形態］
図１０は、第３の実施形態に係る燃料被覆管１０２の構成を示す横断面図である。本第３の実施形態は、第１の実施形態の変形である。本実施形態においては、第２の複合材料層１２０の径方向外側に、さらに、炭化ケイ素セラミックスの外側表面材料層１４０を有している。これに関連する点を除き、本実施形態は、第１実施形態の場合と同様である。 [Third Embodiment]
FIG. 10 is a cross-sectional view showing the configuration of the fuel cladding tube 102 according to the third embodiment. The third embodiment is a modification of the first embodiment. In the present embodiment, the outer surface material layer 140 of the silicon carbide ceramics is further provided on the radial outer side of the second composite material layer 120. Except for the points related to this, the present embodiment is the same as that of the first embodiment.

外側表面材料層１４０は、厚みが０．２ｍｍ以上、０．４ｍｍ以下であることが好ましい。外側表面材料層１４０が上記範囲の下限値よりも薄い場合には、燃料被覆管１０２において十分に耐環境性、気密性を保持できない場合があると共に、強度的に安定した設計強度の確保上、初期強度の機械的特性が不十分になる場合がある。また、外側表面材料層１４０が上記範囲の上限値よりも厚い場合には、燃料被覆管１０２全体における第１の複合材用長繊維１１１および第２の複合材用長繊維１２１の存在割合が相対的に減少するため、燃料被覆管１０２の破壊エネルギーに関する機械的特性が不十分になる場合がある。 The outer surface material layer 140 preferably has a thickness of 0.2 mm or more and 0.4 mm or less. If the outer surface material layer 140 is thinner than the lower limit of the above range, the fuel cladding tube 102 may not be able to sufficiently maintain environmental resistance and airtightness, and in order to secure a stable design strength in terms of strength, The mechanical properties of the initial strength may be inadequate. When the outer surface material layer 140 is thicker than the upper limit of the above range, the abundance ratios of the first long fiber 111 for composite material and the second long fiber 121 for composite material in the entire fuel cladding tube 102 are relative to each other. Therefore, the mechanical properties regarding the fracture energy of the fuel cladding tube 102 may be insufficient.

図１１は、第３の実施形態に係る燃料被覆管１０２の製造方法の手順を示すフロー図である。第１の複合材料層１１０を形成するステップＳ１０１の後に第２の複合材料層１２０を形成するステップＳ２０１を実施する部分は、第１の実施形態と同様である。 FIG. 11 is a flow chart showing a procedure of a method for manufacturing the fuel cladding tube 102 according to the third embodiment. The portion where the step S201 for forming the second composite material layer 120 is carried out after the step S101 for forming the first composite material layer 110 is the same as that of the first embodiment.

本実施形態においては、第２の複合材料層１２０を形成するステップＳ２０１の後に、外側表面材料層１４０を形成する（ステップＳ４０１）。具体的には、化学気相蒸着法により、炭化ケイ素セラミックス材料の単体で、外側表面材料層１４０を形成する（ステップＳ４１１）。 In the present embodiment, the outer surface material layer 140 is formed after the step S201 for forming the second composite material layer 120 (step S401). Specifically, the outer surface material layer 140 is formed by a simple substance of the silicon carbide ceramic material by the chemical vapor deposition method (step S411).

以上のように形成された本実施形態による燃料被覆管１０２は、その径方向外側の表面が外側表面材料層１４０で被覆された状態であるので、腐食減肉量が少なくなり、耐環境性の向上を更に容易に実現することができる。さらに、化学気相蒸着法により緻密質な炭化ケイ素を形成していることから、ヘリウムガスの通過も抑制する高気密性が実現できる。 Since the radial outer surface of the fuel cladding tube 102 according to the present embodiment formed as described above is covered with the outer surface material layer 140, the amount of corrosion thinning is reduced and the fuel cladding tube 102 has environmental resistance. The improvement can be realized more easily. Furthermore, since dense silicon carbide is formed by the chemical vapor deposition method, high airtightness that suppresses the passage of helium gas can be realized.

［第４の実施形態］
図１２は、第４の実施形態に係る燃料被覆管１０３の構成を示す横断面図である。本実施形態は、第３の実施形態の変形である。第３の実施形態では、第２の複合材料層１２０の径方向外側に外側表面材料層１４０が形成されている。一方、本第４の実施形態では、第１の複合材料層１１０の径方向内側に内側表面材料層１５０が形成されている。 [Fourth Embodiment]
FIG. 12 is a cross-sectional view showing the configuration of the fuel cladding tube 103 according to the fourth embodiment. This embodiment is a modification of the third embodiment. In the third embodiment, the outer surface material layer 140 is formed on the radial outer side of the second composite material layer 120. On the other hand, in the fourth embodiment, the inner surface material layer 150 is formed radially inside the first composite material layer 110.

すなわち、第３の実施形態における燃料被覆管１０２においては、径方向の外側の表面に外側表面材料層１４０が形成されているのに対して、本第４の実施形態における燃料被覆管１０３においては、径方向の内側の表面に炭化ケイ素セラミックスの内側表面材料層１５０が形成されている。 That is, in the fuel cladding tube 102 in the third embodiment, the outer surface material layer 140 is formed on the outer surface in the radial direction, whereas in the fuel cladding tube 103 in the fourth embodiment, the outer surface material layer 140 is formed. , The inner surface material layer 150 of silicon carbide ceramics is formed on the inner surface in the radial direction.

図１３は、第４の実施形態に係る燃料被覆管１０３の製造方法の手順を示すフロー図である。本実施形態による燃料被覆管１０３の製造方法においては、まず、内側表面材料層１５０を形成する（ステップＳ５０１）。具体的には、化学気相蒸着法により、炭化ケイ素セラミックス材料の単体で、内側表面材料層１５０を形成する（ステップＳ５１１）。 FIG. 13 is a flow chart showing a procedure of a method for manufacturing the fuel cladding tube 103 according to the fourth embodiment. In the method for manufacturing the fuel cladding tube 103 according to the present embodiment, first, the inner surface material layer 150 is formed (step S501). Specifically, the inner surface material layer 150 is formed by a simple substance of the silicon carbide ceramic material by the chemical vapor deposition method (step S511).

その後、第１の複合材料層１１０の形成を行う（ステップＳ１０２）。すなわち、内側表面材料層１５０の径方向外側に第１の予備成形体１１５を形成（ステップＳ１１２）し、その第１の予備成形体１１５に第１のマトリック１１２を形成する（ステップｓ１２２）。その後、さらに、第２の複合材料層１２０を形成する（ステップＳ２０１）。 After that, the first composite material layer 110 is formed (step S102). That is, the first preformed body 115 is formed on the radial outer side of the inner surface material layer 150 (step S112), and the first matrick 112 is formed on the first preformed body 115 (step s122). After that, the second composite material layer 120 is further formed (step S201).

以上のように、本実施形態においては、燃料被覆管１０３の最内層が内側表面材料層１５０である。すなわち、燃料被覆管１０３の内面が内側表面材料層１５０に被覆されていることから、燃料ペレット１から放出された核分裂生成物であるアウトガスに対する耐性を高め、高気密性を確保することができる。 As described above, in the present embodiment, the innermost layer of the fuel cladding tube 103 is the inner surface material layer 150. That is, since the inner surface of the fuel cladding tube 103 is covered with the inner surface material layer 150, the resistance to outgas, which is a fission product released from the fuel pellet 1, can be enhanced, and high airtightness can be ensured.

［第５の実施形態］
図１４は、第５の実施形態に係る燃料被覆管１０４の構成を示す横断面図である。本第５の実施形態は、第２の実施形態と第３の実施形態の組み合わせである。すなわち、本第５の実施形態に係る燃料被覆管１０４においては、径方向内側から径方向外側に向かって、第１の複合材料層１１０、中間層１３０、第２の複合材料層１２０、および外側表面材料層１４０の順に積層されている。 [Fifth Embodiment]
FIG. 14 is a cross-sectional view showing the configuration of the fuel cladding tube 104 according to the fifth embodiment. The fifth embodiment is a combination of the second embodiment and the third embodiment. That is, in the fuel cladding tube 104 according to the fifth embodiment, the first composite material layer 110, the intermediate layer 130, the second composite material layer 120, and the outside from the radial inner side to the radial outer side. The surface material layers 140 are laminated in this order.

図１５は、第５の実施形態に係る燃料被覆管の製造方法の手順を示すフロー図である。まず、第１の複合材料層１１０を形成する（ステップＳ１０１）。次に、第１の複合材料層１１０の径方向の外側表面に中間層１３０を形成する（ステップＳ３０１）。具体的な単体層の形成（ステップＳ３１１）については、第２の実施形態と同様である。 FIG. 15 is a flow chart showing a procedure of a method for manufacturing a fuel cladding tube according to a fifth embodiment. First, the first composite material layer 110 is formed (step S101). Next, the intermediate layer 130 is formed on the radial outer surface of the first composite material layer 110 (step S301). The specific formation of the simple substance layer (step S311) is the same as that of the second embodiment.

次に、中間層１３０の径方向の外側表面に第２の複合材料層１２０を形成する（ステップＳ２０２）。そして、第２の複合材料層１２０を形成するステップＳ２０の後に、外側表面材料層１４０を形成する（ステップＳ４０１）。 Next, a second composite material layer 120 is formed on the radial outer surface of the intermediate layer 130 (step S202). Then, after step S20 for forming the second composite material layer 120, the outer surface material layer 140 is formed (step S401).

以上のように形成された本実施形態による燃料被覆管１０４においては、第１の実施形態、第２の実施形態および第３の実施形態のそれぞれにおける燃料被覆管１００、１０１、および１０２に関する作用、効果を有する。 In the fuel cladding tube 104 according to the present embodiment formed as described above, the actions relating to the fuel cladding tubes 100, 101, and 102 in the first embodiment, the second embodiment, and the third embodiment, respectively. Has an effect.

すなわち、炭化ケイ素の第１のマトリックス１１２に炭化ケイ素の第１の複合材用長繊維１１１が複合化した第１の複合材料層１１０と、炭化ケイ素の第２のマトリックス１２２に炭素の第２の複合材用長繊維１２１が複合化した第２の複合材料層１２０との積層構造で、燃料被覆管１０４を構成することによって、広い環境条件にわたって、耐環境性および機械的特性の向上を実現することができる。また、特定材料で形成した中間層１３０が長さ方向と周方向と厚み方向で強度が異なることを利用した材料設計により、長繊維による強化方向の機械的特性をさらに向上させることができる。さらに、径方向外側の表面が外側表面材料層１４０で被覆された状態であるので、腐食減肉量が少なくなり、耐環境性の向上を更に容易に実現することができる。また、化学気相蒸着法により緻密質な炭化ケイ素を形成していることから、ヘリウムガスも通さない高気密性が実現できる。 That is, the first composite material layer 110 in which the long fibers 111 for the first composite material of silicon carbide are composited with the first matrix 112 of silicon carbide, and the second matrix 122 of silicon carbide with the second carbon. By forming the fuel cladding tube 104 in a laminated structure with the second composite material layer 120 in which the long fibers 121 for the composite material are composited, the improvement of environmental resistance and mechanical properties is realized over a wide range of environmental conditions. be able to. Further, the mechanical properties in the strengthening direction by the long fibers can be further improved by the material design utilizing the fact that the intermediate layer 130 formed of the specific material has different strengths in the length direction, the circumferential direction and the thickness direction. Further, since the outer surface in the radial direction is covered with the outer surface material layer 140, the amount of corrosion thinning is reduced, and the improvement of environmental resistance can be further easily realized. Further, since the dense silicon carbide is formed by the chemical vapor deposition method, high airtightness that does not allow helium gas to pass through can be realized.

［その他の実施形態］
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。たとえば、実施形態では、燃料被覆管１００が、核燃料としてウラン燃料を収納している場合を例にとって示したが、これに限定されるものではない。たとえば、プルトニウム燃料、ウランとプルトニウムの混合酸化物燃料、あるいは、酸化物以外のたとえば炭化物あるいは窒化物のような形態の場合であってもよい。また、実施形態では、燃料被覆管１００が、冷却材が軽水である場合を例にとって示したが、これに限定されるものではない。たとえば、ヘリウムガス、炭酸ガスのようなガス冷却炉の場合、さらにはナトリウムや鉛等を含む液体金属冷却炉の場合であってもよい。 [Other embodiments]
Although some embodiments of the present invention have been described above, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. For example, in the embodiment, the case where the fuel cladding tube 100 stores the uranium fuel as the nuclear fuel is shown as an example, but the present invention is not limited thereto. For example, it may be in the form of a plutonium fuel, a mixed oxide fuel of uranium and plutonium, or a non-oxide, for example, a carbide or a nitride. Further, in the embodiment, the case where the fuel cladding tube 100 has a coolant of light water is shown as an example, but the present invention is not limited to this. For example, it may be a gas-cooled reactor such as helium gas or carbon dioxide gas, or a liquid metal cooled reactor containing sodium, lead, or the like.

また、各実施形態の特徴を組み合わせてもよい。たとえば、第３の実施形態および第４の実施形態を組み合わせてもよい。 Moreover, you may combine the features of each embodiment. For example, a third embodiment and a fourth embodiment may be combined.

さらに、これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 Furthermore, these embodiments can be implemented in various other embodiments, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and variations thereof are included in the scope of the invention described in the claims and the equivalent scope thereof, as are included in the scope and gist of the invention.

以下に、５つの実施例と、これらとの比較例を挙げて、本発明の実施形態を具体的に説明するが、本発明の実施形態は、これらの例によって限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to five examples and comparative examples thereof, but the embodiments of the present invention are not limited to these examples.

なお、以下に示す実施例１ないし５は、それぞれ第１の実施形態１ないし５に対応する。 In addition, Examples 1 to 5 shown below correspond to the first Embodiment 1 to 5, respectively.

［実施例１］
実施例１においては、燃料被覆管１００について作製に際して、最初に、第１の複合材料層１１０を構成する第１の予備成形体（プリフォーム）１１５の形成を行った。本工程では、まず、直径が１２μｍである炭化ケイ素の長繊維（商品名：ハイニカロン（登録商標） タイプＳ，日本カーボン製）の表面に、カーボンをＣＶＤ法で被覆した。そして、その第１の複合材用長繊維１１１を５００本束ねた繊維束（ヤーン）を用いて、フィラメントワインディング法によって、円筒形状の予備成形体（厚みが０．５ｍｍ）を作製した。 [Example 1]
In Example 1, when the fuel cladding tube 100 was manufactured, first, a first preformed body (preform) 115 constituting the first composite material layer 110 was formed. In this step, first, carbon was coated on the surface of long fibers of silicon carbide having a diameter of 12 μm (trade name: Hynicalon (registered trademark) Type S, manufactured by Nippon Carbon Co., Ltd.) by the CVD method. Then, a cylindrical preformed body (thickness: 0.5 mm) was produced by a filament winding method using a fiber bundle (yarn) in which 500 long fibers 111 for a composite material were bundled.

つぎに、第１の複合材料層１１０の予備成形体、すなわち第１の予備成形体１１５にマトリックス、すなわち第１のマトリックス１１２を形成した。本工程では、上記の第１の予備成形体１１５を化学気相反応炉内のカーボンモールド内部にセットした後に、温度が１３００～１４００℃であって圧力が４～１００ｋＰａである条件の下で、原料ガス（四塩化ケイ素ガス、プロパンガス、水素ガス）を反応炉の内部に導入した。これによって、炭化ケイ素を主成分とする第１のマトリックス１１２を第１の予備成形体１１５において形成して、厚みが０．５ｍｍである第１の複合材料層１１０を準備した。ここでは、第１の複合材料層１１０の第１の予備成形体１１５を構成する１の複合材用長繊維１１１の間に化学気相浸透法で第１のマトリックス１１２を形成するとともに、第１の予備成形体１１５の周囲を第１のマトリックス１１２が覆うように、化学気相蒸着法で第１のマトリックス１１２を形成した。 Next, a matrix, that is, a first matrix 112 was formed on the preformed body of the first composite material layer 110, that is, the first preformed body 115. In this step, after the above-mentioned first preformed body 115 is set inside the carbon mold in the chemical gas phase reaction furnace, the temperature is 1300 to 1400 ° C. and the pressure is 4 to 100 kPa. The raw material gas (silicon tetrachloride gas, propane gas, hydrogen gas) was introduced into the reactor. As a result, the first matrix 112 containing silicon carbide as a main component was formed in the first preformed body 115 to prepare the first composite material layer 110 having a thickness of 0.5 mm. Here, the first matrix 112 is formed by the chemical vapor phase infiltration method between the long fibers 111 for the composite material constituting the first preformed body 115 of the first composite material layer 110, and the first matrix 112 is formed. The first matrix 112 was formed by a chemical vapor deposition method so that the first matrix 112 covered the periphery of the preformed body 115.

つぎに、第２の複合材料層１２０を構成する第２の予備成形体（プリフォーム）１２５の形成を行った。本工程では、まず、直径が１０μｍである炭素の長繊維（商品名：トレカ（登録商標） Ｍ６０，東レ製）の表面に、カーボンをＣＶＤ法で被覆した。そして、その第２の複合材用長繊維１２１を３０００本束ねた繊維束（ヤーン）を分繊し、５００本にした繊維束を用いて、フィラメントワインディング法によって、円筒形状で厚みが０．５ｍｍの第２の予備成形体１２５を第１の複合材料層１１０の外周面に作製した。 Next, a second preformed body (preform) 125 constituting the second composite material layer 120 was formed. In this step, first, carbon was coated on the surface of carbon long fibers having a diameter of 10 μm (trade name: Treca (registered trademark) M60, manufactured by Toray Industries, Inc.) by the CVD method. Then, a fiber bundle (yarn) obtained by bundling 3000 long fibers 121 for the second composite material is split into 500 fibers, and the fiber bundle is used by a filament winding method to form a cylinder and have a thickness of 0.5 mm. The second preformed body 125 was prepared on the outer peripheral surface of the first composite material layer 110.

つぎに、第２の複合材料層１２０の第２の予備成形体１２５に第２のマトリックス１２２を形成した。本工程では、上記の第２の予備成形体１２５を化学気相反応炉内のカーボンモールド内部にセットした後に、温度が１３００～１４００℃であって圧力が４～１００ｋＰａである条件の下で、原料ガス（四塩化ケイ素ガス、プロパンガス、水素ガス）を反応炉の内部に導入した。これによって、炭化ケイ素を主成分とする第２のマトリックス１２２を第２の予備成形体１２５に形成することで、厚みが０．５ｍｍである第２の複合材料層１２０を形成した。ここでは、第１の複合材料層１１０の場合と同様に、第２の複合材料層１２０の第２の予備成形体１２５を構成する第２の複合材用長繊維１２１の間に化学気相浸透法で第２のマトリックス１２２を形成するとともに、第２の予備成形体１２５の周囲を第２のマトリックス１２２が覆うように、化学気相蒸着法で第２のマトリックス１２２を形成した。これにより、実施例１の燃料被覆管１００を完成させた。 Next, a second matrix 122 was formed on the second preformed body 125 of the second composite material layer 120. In this step, after the above-mentioned second preformed body 125 is set inside the carbon mold in the chemical gas phase reaction furnace, the temperature is 1300 to 1400 ° C. and the pressure is 4 to 100 kPa. The raw material gas (silicon tetrachloride gas, propane gas, hydrogen gas) was introduced into the reactor. As a result, the second matrix 122 containing silicon carbide as a main component was formed on the second preformed body 125 to form the second composite material layer 120 having a thickness of 0.5 mm. Here, as in the case of the first composite material layer 110, the chemical vapor phase permeates between the long fibers 121 for the second composite material constituting the second preformed body 125 of the second composite material layer 120. The second matrix 122 was formed by the method, and the second matrix 122 was formed by the chemical vapor vapor deposition method so that the second matrix 122 covered the circumference of the second preformed body 125. As a result, the fuel cladding tube 100 of Example 1 was completed.

［実施例２］
実施例２においては、実施例１の場合と同様に、第１の複合材料層１１０を準備した後に、第１の複合材料層１１０の外周面に中間層１３０を形成した。ここでは、炭素（Ｃ）の単体層（厚みが０．１ｍｍ）を成膜することによって、中間層１３０の形成を行った。その後、実施例１の場合と同様に、第１の複合材料層１１０の外周面に、中間層１３０を介して、第２の複合材料層１２０を形成した。これにより、実施例２の燃料被覆管１０１を完成させた。 [Example 2]
In Example 2, as in the case of Example 1, after preparing the first composite material layer 110, the intermediate layer 130 was formed on the outer peripheral surface of the first composite material layer 110. Here, the intermediate layer 130 was formed by forming a single layer of carbon (C) (thickness 0.1 mm). Then, as in the case of Example 1, a second composite material layer 120 was formed on the outer peripheral surface of the first composite material layer 110 via the intermediate layer 130. As a result, the fuel cladding tube 101 of Example 2 was completed.

［実施例３］
実施例３では、実施例１の場合と同様に、厚み０．４ｍｍの第１の複合材料層１１０を準備した後に、第１の複合材料層１１０の外周面に厚み０．４ｍｍの第２の複合材料層１２０を形成した。その後、第２の複合材料層１２０の外周面に外側表面材料層１４０を形成した。化学気相蒸着法で、炭化ケイ素の単体層（厚みが０．２ｍｍ）を成膜することによって、外側表面材料層１４０の形成を行った。これにより、実施例３の燃料被覆管１０２を完成させた。 [Example 3]
In Example 3, as in the case of Example 1, after preparing the first composite material layer 110 having a thickness of 0.4 mm, a second composite material layer 110 having a thickness of 0.4 mm is formed on the outer peripheral surface of the first composite material layer 110. The composite material layer 120 was formed. Then, the outer surface material layer 140 was formed on the outer peripheral surface of the second composite material layer 120. The outer surface material layer 140 was formed by forming a single layer of silicon carbide (thickness 0.2 mm) by a chemical vapor deposition method. As a result, the fuel cladding tube 102 of Example 3 was completed.

［実施例４］
実施例４においては、実施例１の場合の前に、内側表面材料層１５０を、化学気相蒸着法により炭化ケイ素の単体層（厚みが０．２ｍｍ）を成膜することによって形成した。その上に、実施例１の場合と同様に、厚み０．４ｍｍの第１の複合材料層１１０を形成した後に、第１の複合材料層１１０の外周面に厚み０．４ｍｍの第２の複合材料層１２０を形成した。これにより、実施例４の燃料被覆管１０３を完成させた。 [Example 4]
In Example 4, the inner surface material layer 150 was formed by forming a single layer of silicon carbide (thickness 0.2 mm) by a chemical vapor deposition method before the case of Example 1. After forming the first composite material layer 110 having a thickness of 0.4 mm on the first composite material layer 110 having a thickness of 0.4 mm, a second composite having a thickness of 0.4 mm is formed on the outer peripheral surface of the first composite material layer 110. The material layer 120 was formed. As a result, the fuel cladding tube 103 of Example 4 was completed.

［実施例５］
実施例５においては、実施例３の場合と同様に、厚み０．４ｍｍの第１の複合材料層１１０を形成した後に、第１の複合材料層１１０の外周面に中間層１３０を形成した。ここでは、チタンケイ素カーバイド（Ｔｉ３ＳｉＣ２）の単体層（厚みが０．１ｍｍ）を成膜することによって、中間層１３０の形成を行った。そして、実施例１の場合と同様に、第１の複合材料層１１０の外周面に、中間層１３０を介して、厚み０．３ｍｍの第２の複合材料層１２０を形成した。その後、第２の複合材料層１２０の外周面に外側表面材料層１４０を厚み０．２ｍｍ形成した。これにより、実施例５の燃料被覆管１０４を完成させた。 [Example 5]
In Example 5, similarly to the case of Example 3, the intermediate layer 130 was formed on the outer peripheral surface of the first composite material layer 110 after the first composite material layer 110 having a thickness of 0.4 mm was formed. Here, the intermediate layer 130 was formed by forming a single layer (thickness 0.1 mm) of titanium silicon carbide (Ti 3 SiC 2 ). Then, as in the case of Example 1, a second composite material layer 120 having a thickness of 0.3 mm was formed on the outer peripheral surface of the first composite material layer 110 via the intermediate layer 130. Then, an outer surface material layer 140 having a thickness of 0.2 mm was formed on the outer peripheral surface of the second composite material layer 120. As a result, the fuel cladding tube 104 of Example 5 was completed.

［比較例］
比較例においては、実施例１の場合と同様に、第１の複合材料層１１０の形成を行ったが、第２の複合材料層１２０の形成については行わなかった。これにより、厚み１ｍｍの第１の複合材料層１１０のみからなる燃料被覆管を比較例として準備した。 [Comparison example]
In the comparative example, the first composite material layer 110 was formed as in the case of Example 1, but the second composite material layer 120 was not formed. As a result, a fuel cladding tube made of only the first composite material layer 110 having a thickness of 1 mm was prepared as a comparative example.

なお、実施例１ないし実施例５および比較例において、第１の複合材料層１１０の第１の予備成形体１１５の第１方向長繊維１１１ａと第２方向長繊維１１１ｂの方向は、それぞれ、第１の実施形態で説明した周方向および軸方向に組み合わせたケースであり、第２の複合材料層１２０の第２の予備成形体１２５についても同様である。 In Examples 1 to 5 and Comparative Examples, the directions of the first-direction long fibers 111a and the second-direction long fibers 111b of the first preformed body 115 of the first composite material layer 110 are the first, respectively. This is the case of combining in the circumferential direction and the axial direction described in the first embodiment, and the same applies to the second preformed body 125 of the second composite material layer 120.

［試験内容］
実施例および比較例の各サンプルについて、気密性試験、熱的特性試験、耐環境性試験（通常運転時、事故時）と機械的特性試験とを行った。 [contents of the test]
Airtightness test, thermal property test, environmental resistance test (during normal operation, accident) and mechanical property test were performed on each sample of Examples and Comparative Examples.

それぞれの実施例の条件を表１に、またそれぞれの実施例についての評価結果を表２に示す。 The conditions of each example are shown in Table 1, and the evaluation results for each example are shown in Table 2.

Figure 0007068058000001
Figure 0007068058000001

Figure 0007068058000002
Figure 0007068058000002

気密性試験では、ヘリウムリーク試験を実施した。熱的特性試験は、レーザフラッシュ法による熱伝導率測定試験を実施した。 In the airtightness test, a helium leak test was carried out. As the thermal property test, a thermal conductivity measurement test by a laser flash method was carried out.

また、耐環境性試験として、通常運転時を想定して中温水熱試験と、事故時を想定して高温水蒸気試験を行った。中温水熱試験については、オートクレーブを用いて、下記試験条件で行った。試験前の重量と試験後の重量とを測定し、両者の差分値から、減肉量を換算した。表１では、各例について求めた値を、比較例の値で割った割合を示している。つまり、各実施例の値について比較例の値を「１」とした場合の割合を示している。
（中温水熱試験の条件）
・温度：３６０℃
・圧力：１８ＭＰａ
・保持時間：１週間（高温水蒸気試験）
・温度：１２００℃
・水蒸気量：１００％
・保持時間：７２時間 In addition, as environmental resistance tests, a medium-temperature water heat test was conducted assuming normal operation, and a high-temperature steam test was conducted assuming an accident. The medium temperature water heat test was performed under the following test conditions using an autoclave. The weight before the test and the weight after the test were measured, and the amount of wall loss was converted from the difference between the two. Table 1 shows the ratio of the values obtained for each example divided by the values of the comparative examples. That is, the ratio when the value of the comparative example is set to "1" is shown for the value of each embodiment.
(Conditions for medium temperature water heat test)
-Temperature: 360 ° C
・ Pressure: 18MPa
・ Retention time: 1 week (high temperature steam test)
・ Temperature: 1200 ℃
・ Amount of water vapor: 100%
・ Holding time: 72 hours

また、各例のサンプルについて、機械的特性試験を実施した。ここでは、機械的特性試験として、室温で引張強度試験を実施することで、初期破壊強度と破壊エネルギーとのそれぞれを測定した。試験方法は、ＡＳＴＭ Ｃ１７９３－１５に準拠して実施した。初期破壊強度と破壊エネルギーとのそれぞれに関しても、表１では、各例について求めた値を、比較例の値で割った割合を示している。つまり、各実施例の値について比較例の値を「１」とした場合の割合を示している。 In addition, mechanical property tests were conducted on the samples of each example. Here, as a mechanical property test, a tensile strength test was carried out at room temperature to measure the initial fracture strength and the fracture energy. The test method was carried out in accordance with ASTM C1793-15. For each of the initial fracture strength and the fracture energy, Table 1 shows the ratio of the values obtained for each example divided by the values of the comparative examples. That is, the ratio when the value of the comparative example is set to "1" is shown for the value of each embodiment.

［評価結果］
表２に示すように、実施例１は、ヘリウムリーク量は、比較例の１００分の１以下、熱伝導率は１．５倍に向上した。耐環境性試験において比較例の１００分の１以下となり、耐環境性に優れる。また、実施例１は、機械的特性試験において比較例よりも初期破壊強度および破壊エネルギーが高いため、機械的特性に優れる。実施例１は、炭化ケイ素のマトリックスに炭化ケイ素の長繊維が複合化した第１の複合材料層１１０と、炭化ケイ素のマトリックスに炭素の長繊維が複合化した第２の複合材料層１２０との積層構造で構成されている。これに対して、比較例は、第１の複合材料層１１０のみで構成されている。このように、炭化ケイ素のマトリックスに炭化ケイ素の長繊維が複合化した第１の複合材料層１１０に対して、炭化ケイ素のマトリックスに炭素の長繊維が複合化した第２の複合材料層１２０を積層させることで、材料自体の緻密性も向上し、気密性、熱伝導率、そして耐環境性および機械的特性の向上を実現することができる。 [Evaluation results]
As shown in Table 2, in Example 1, the amount of helium leak was 1/100 or less of that of Comparative Example, and the thermal conductivity was improved by 1.5 times. In the environmental resistance test, it is 1/100 or less of the comparative example, and is excellent in environmental resistance. Further, Example 1 is excellent in mechanical properties because the initial fracture strength and fracture energy are higher than those in the comparative example in the mechanical property test. In Example 1, a first composite material layer 110 in which long fibers of silicon carbide are composited in a matrix of silicon carbide and a second composite material layer 120 in which long fibers of carbon are composited in a matrix of silicon carbide. It is composed of a laminated structure. On the other hand, the comparative example is composed of only the first composite material layer 110. As described above, the second composite material layer 120 in which the long carbon fibers are composited in the silicon carbide matrix is compared with the first composite material layer 110 in which the long fibers of silicon carbide are composited in the matrix of silicon carbide. By laminating, the denseness of the material itself can be improved, and the airtightness, thermal conductivity, environmental resistance and mechanical properties can be improved.

実施例２は、さらに実施例１に比べて、破壊エネルギーが高くなり、機械的特性に優れる。実施例２は、炭化ケイ素のマトリックスに炭化ケイ素の長繊維が複合化した第１の複合材料層１１０と、炭化ケイ素のマトリックスに炭素の長繊維が複合化した第２の複合材料層１２０との間にさらに中間層１３０が形成された積層構造で構成されている。これに対して、比較例は、第１の複合材料層１１０のみで構成されている。 Further, the second embodiment has a higher breaking energy and is excellent in mechanical properties as compared with the first embodiment. In Example 2, a first composite material layer 110 in which long fibers of silicon carbide are composited in a matrix of silicon carbide and a second composite material layer 120 in which long fibers of carbon are composited in a matrix of silicon carbide. It is composed of a laminated structure in which an intermediate layer 130 is further formed between the layers. On the other hand, the comparative example is composed of only the first composite material layer 110.

このように、炭化ケイ素のマトリックスに炭化ケイ素の長繊維が複合化した第１の複合材料層１１０に対して、炭化ケイ素のマトリックスに炭素の長繊維が複合化した第２の複合材料層１２０、中間層１３０を積層させることで、材料自体の緻密性も向上し、さらなる機械的特性の向上を実現することができる。 As described above, the second composite material layer 120 in which the long carbon fibers are composited in the silicon carbide matrix is compared with the first composite material layer 110 in which the long fibers of silicon carbide are composited in the matrix of silicon carbide. By laminating the intermediate layer 130, the denseness of the material itself can be improved, and further improvement of mechanical properties can be realized.

実施例３は、緻密質な単体の外側表面材料層１４０が形成されるため、ヘリウムリーク量が検出限界以下となり、非常に優れた気密性を示す。さらに、耐環境性試験において、比較例よりも大幅に腐食減肉量が少なく、通常運転時および事故時ともに耐環境性に優れる。 In Example 3, since the outer surface material layer 140 of a dense simple substance is formed, the amount of helium leak is below the detection limit, and the airtightness is very excellent. Further, in the environmental resistance test, the amount of corrosion and wall thinning is significantly smaller than that of the comparative example, and the environmental resistance is excellent both during normal operation and during an accident.

また、実施例３および実施例５は、機械的特性試験において、比較例よりも初期破壊強度および破壊エネルギーが高く、機械的特性に優れる。特に、破壊エネルギーについては、実施例２および実施例５は、実施例１よりも高い。 Further, in the mechanical property test, Examples 3 and 5 have higher initial fracture strength and fracture energy than Comparative Examples, and are excellent in mechanical properties. In particular, with respect to the destructive energy, Example 2 and Example 5 are higher than Example 1.

実施例２は、第１の複合材料層１１０と第２の複合材料層１２０との間に、炭素（Ｃ）の単体層が中間層１３０として設けられている。実施例３は、チタンケイ素カーバイド（Ｔｉ２ＳｉＣ２）の単体層が、中間層１３０として設けられている。 In Example 2, a simple substance layer of carbon (C) is provided as an intermediate layer 130 between the first composite material layer 110 and the second composite material layer 120. In Example 3, a single layer of titanium silicon carbide (Ti 2 SiC 2 ) is provided as an intermediate layer 130.

このように、特定の材料で形成された中間層１３０を、第１の複合材料層１１０と第２の複合材料層１２０との間に介在させることによって、破壊エネルギーが高くなるため、機械的特性を更に向上させることができる。 As described above, by interposing the intermediate layer 130 formed of a specific material between the first composite material layer 110 and the second composite material layer 120, the fracture energy is increased, and thus the mechanical properties are obtained. Can be further improved.

表１において実施例として列挙していないが、中間層１３０が、炭素またはチタンアルミニウムカーバイドの単体層である場合の他に、クロムアルミニウムカーバイド、バナジウムアルミニウムカーバイド、ニオブアルミニウムカーバイド、タンタルアルミニウムカーバイド、チタンケイ素カーバイドの単体層である場合においても同様に、耐環境性および機械的特性の向上を実現することができる。 Although not listed as an example in Table 1, in addition to the case where the intermediate layer 130 is a single layer of carbon or titanium aluminum carbide, chrome aluminum carbide, vanadium aluminum carbide, niobium aluminum carbide, tantalum aluminum carbide, and titanium silicon. Similarly, in the case of a single layer of carbide, improvement in environmental resistance and mechanical properties can be realized.

１…燃料ペレット、２…スプリング、３…上部端栓、４…下部端栓、１０…燃料棒、５０…予備成形体形成用ガイド、１００、１０１、１０２、１０３、１０４…燃料被覆管、１１０…第１の複合材料層、１１１…第１の複合材用長繊維、１１１ａ…第１方向長繊維、１１１ｂ…第２方向長繊維、１１２…第１のマトリックス（母材）、１１５…第１の予備成形体、１２０…第２の複合材料層、１２１…第２の複合材用長繊維、１２１ａ…第１方向長繊維、１２１ｂ…第２方向長繊維、１２２…第２のマトリックス（母材）、１２５…第２の予備成形体、１３０…中間層、１４０…外側表面材料層、１５０…内側表面材料層 1 ... fuel pellets, 2 ... springs, 3 ... upper end plugs, 4 ... lower end plugs, 10 ... fuel rods, 50 ... guides for forming preformed bodies, 100, 101, 102, 103, 104 ... fuel cladding tubes, 110. ... 1st composite material layer, 111 ... 1st composite long fiber, 111a ... 1st direction long fiber, 111b ... 2nd direction long fiber, 112 ... 1st matrix (base material), 115 ... 1st Preformed body, 120 ... second composite material layer, 121 ... second composite long fiber, 121a ... first direction long fiber, 121b ... second direction long fiber, 122 ... second matrix (base material). ), 125 ... Second preformed body, 130 ... Intermediate layer, 140 ... Outer surface material layer, 150 ... Inner surface material layer

Claims (13)

核燃料を収納するための筒状の燃料被覆管であって、
炭化ケイ素の長繊維と炭化ケイ素のマトリックスとが複合化した第１の複合材料層と、
前記第１の複合材料層の径方向外側に前記第１の複合材料層を覆うように前記第１の複合材料層と直接に接して積層され、炭素の長繊維と炭化ケイ素のマトリックスとが複合化した第２の複合材料層と、
を有することを特徴とする燃料被覆管。 A tubular fuel cladding tube for storing nuclear fuel.
A first composite material layer in which long fibers of silicon carbide and a matrix of silicon carbide are composited,
The first composite material layer is laminated in direct contact with the first composite material layer so as to cover the first composite material layer on the radial outer side of the first composite material layer, and the long carbon fibers and the matrix of silicon carbide are composited. With the second composite material layer
A fuel cladding tube characterized by having. 核燃料を収納するための筒状の燃料被覆管であって、
炭化ケイ素の長繊維と炭化ケイ素のマトリックスとが複合化した第１の複合材料層と、
前記第１の複合材料層の径方向外側に前記第１の複合材料層を覆うように前記第１の複合材料層と直接に接して積層された中間層と、
前記中間層の径方向外側に前記中間層を覆うように前記中間層と直接に接して積層され、炭素の長繊維と炭化ケイ素のマトリックスとが複合化した第２の複合材料層と、
を有し、
前記中間層は、炭素、チタンアルミニウムカーバイド、バナジウムアルミニウムカーバイド、クロムアルミニウムカーバイド、ニオブアルミニウムカーバイド、タンタルアルミニウムカーバイド、チタンケイ素カーバイドからなる群より選択される材料の単体で形成されている、
ことを特徴とする燃料被覆管。 A tubular fuel cladding tube for storing nuclear fuel.
A first composite material layer in which long fibers of silicon carbide and a matrix of silicon carbide are composited,
An intermediate layer laminated in direct contact with the first composite material layer so as to cover the first composite material layer on the radial outer side of the first composite material layer.
A second composite material layer in which long carbon fibers and a matrix of silicon carbide are composited and laminated in direct contact with the intermediate layer so as to cover the intermediate layer on the radial outer side of the intermediate layer.
Have,
The intermediate layer is formed of a single material selected from the group consisting of carbon, titanium aluminum carbide, vanadium aluminum carbide, chrome aluminum carbide, niobium aluminum carbide, tantalum aluminum carbide, and titanium silicon carbide.
A fuel cladding tube characterized by that. 核燃料を収納するための筒状の燃料被覆管であって、
炭化ケイ素の長繊維と炭化ケイ素のマトリックスとが複合化した第１の複合材料層と、
前記第１の複合材料層の径方向外側に前記第１の複合材料層を覆うように前記第１の複合材料層と直接に接して積層された中間層と、
前記中間層の径方向外側に前記中間層を覆うように前記中間層と直接に接して積層され、炭素の長繊維と炭化ケイ素のマトリックスとが複合化した第２の複合材料層と、
を有し、
前記中間層は、結晶形態が六方晶形であることを特徴とする燃料被覆管。 A tubular fuel cladding tube for storing nuclear fuel.
A first composite material layer in which long fibers of silicon carbide and a matrix of silicon carbide are composited,
An intermediate layer laminated in direct contact with the first composite material layer so as to cover the first composite material layer on the radial outer side of the first composite material layer.
A second composite material layer, which is laminated in direct contact with the intermediate layer so as to cover the intermediate layer on the radial outer side of the intermediate layer, and is a composite of long carbon fibers and a matrix of silicon carbide.
Have,
The intermediate layer is a fuel cladding tube characterized by having a hexagonal crystal form . 前記中間層は、厚みが０．０１ｍｍ以上、０．１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の燃料被覆管。 The fuel cladding tube according to claim 2 or 3, wherein the intermediate layer has a thickness of 0.01 mm or more and 0.1 mm or less . 前記第１の複合材料層の内側から前記第１の複合材料層を覆うように前記第１の複合材料層と直接に接して配された内側表面材料層、および前記第２の複合材料層の外側から前記第２の複合材料層を覆うように前記第２の複合材料層と直接に接して配された外側表面材料層の少なくとも一方をさらに有することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の燃料被覆管。 The inner surface material layer arranged in direct contact with the first composite material layer so as to cover the first composite material layer from the inside of the first composite material layer, and the second composite material layer. Claims 1 to 4 further include at least one of the outer surface material layers arranged in direct contact with the second composite material layer so as to cover the second composite material layer from the outside. The fuel cladding tube according to any one of the above. 前記内側表面材料層および前記外側表面材料層は、厚みが０．２ｍｍ以上、０．４ｍｍ以下である、ことを特徴とする請求項５に記載の燃料被覆管。 The fuel cladding tube according to claim 5, wherein the inner surface material layer and the outer surface material layer have a thickness of 0.2 mm or more and 0.4 mm or less . 前記第１の複合材料層の厚みが０．２ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下で、かつ、前記第２の複合材料層の厚みが０．２ｍｍ以上、０．６ｍｍ以下で、前記第１の複合材料層の厚みと前記第２の複合材料層の厚みの合計値が０．７ｍｍ以上、１．２ｍｍ以下となるような前記第１の複合材料層の厚みおよび前記第２の複合材料層の厚みを有することを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の燃料被覆管。 The thickness of the first composite material layer is 0.2 mm or more and 1.0 mm or less, and the thickness of the second composite material layer is 0.2 mm or more and 0.6 mm or less, and the first composite material. The thickness of the first composite material layer and the thickness of the second composite material layer such that the total value of the thickness of the layer and the thickness of the second composite material layer is 0.7 mm or more and 1.2 mm or less. The fuel cladding tube according to any one of claims 1 to 6, characterized in that it has . 前記第１の複合材料層における第１の複合材用長繊維は、第１方向に配列されたものと、前記第１方向と方向の異なる第２方向に配列されたものとが、径方向に積層され、
前記第２の複合材料層における第２の複合材用長繊維は、第１方向に配列されたものと、前記第１方向と方向の異なる第２方向に配列されたものとが、径方向に積層され、
ていることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の燃料被覆管。 The long fibers for the first composite material in the first composite material layer are arranged in the first direction and those arranged in the second direction different from the first direction in the radial direction. Laminated,
The long fibers for the second composite material in the second composite material layer are arranged in the first direction and those arranged in the second direction different from the first direction in the radial direction. Laminated,
The fuel cladding tube according to any one of claims 1 to 7, wherein the fuel cladding tube is characterized by the above. 前記第１方向は周方向であり、前記第２方向は軸方向であることを特徴とする請求項８に記載の燃料被覆管。 The fuel cladding tube according to claim 8, wherein the first direction is a circumferential direction and the second direction is an axial direction . 前記第１の複合材料層における第１の複合材用長繊維は、第１方向に配列されたものと、前記第１方向と方向の異なる第２方向に配列されたものの複数の組み合わせが径方向に積層されており、積層された前記第１の複合材用長繊維の間に第１のマトリックスが厚み方向に連続して配置されており、
前記第２の複合材料層における第２の複合材用長繊維は、第１方向に配列されたものと、前記第１方向と方向の異なる第２方向に配列されたものの複数の組み合わせが径方向に積層されており、積層された前記第２の複合材用長繊維の間に第２のマトリックスが厚み方向に連続して配置されている、
ことを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の燃料被覆管。 The long fibers for the first composite material in the first composite material layer are a plurality of combinations of those arranged in the first direction and those arranged in the second direction different from the first direction in the radial direction. The first matrix is continuously arranged in the thickness direction between the laminated long fibers for the first composite material.
The long fibers for the second composite material in the second composite material layer are a plurality of combinations of those arranged in the first direction and those arranged in the second direction different from the first direction in the radial direction. A second matrix is continuously arranged in the thickness direction between the laminated long fibers for the second composite material.
The fuel cladding tube according to any one of claims 1 to 7, wherein the fuel cladding tube is characterized. 核燃料を収納するための筒状の燃料被覆管を製造する燃料被覆管の製造方法であって、
炭化ケイ素のマトリックスに炭化ケイ素の長繊維を複合化させることによって第１の複合材料層を形成する第１複合材料層形成ステップと、
前記第１複合材料層形成ステップの後に、前記第１の複合材料層の径方向の外側に単体の材料による中間層を形成する中間層形成ステップと、
前記中間層形成ステップの後に、炭化ケイ素のマトリックスに炭素の長繊維を複合化させることによって前記中間層の径方向外側に第２の複合材料層を形成する第２複合材料層形成ステップと、
を有し、
前記第１の複合材料層の形成および前記第２の複合材料層のそれぞれの形成には、化学気相蒸着法および化学気相浸透法の少なくとも一方を用い、
前記中間層は、炭素、チタンアルミニウムカーバイド、バナジウムアルミニウムカーバイド、クロムアルミニウムカーバイド、ニオブアルミニウムカーバイド、タンタルアルミニウムカーバイド、チタンケイ素カーバイドからなる群より選択される材料の単体で形成されており、
前記中間層の形成は、化学気相蒸着法と化学気相浸透法との少なくとも一方で行う、
ことを特徴とする燃料被覆管の製造方法。 It is a method of manufacturing a fuel cladding tube that manufactures a cylindrical fuel cladding tube for storing nuclear fuel.
The first composite material layer forming step of forming the first composite material layer by compounding the long fibers of silicon carbide with the silicon carbide matrix,
After the first composite material layer forming step, an intermediate layer forming step of forming an intermediate layer made of a single material on the radial outside of the first composite material layer,
After the intermediate layer forming step, a second composite material layer forming step of forming a second composite material layer on the radial outer side of the intermediate layer by compounding long carbon fibers in a silicon carbide matrix.
Have,
At least one of the chemical vapor deposition method and the chemical vapor phase infiltration method was used for the formation of the first composite material layer and the formation of each of the second composite material layer.
The intermediate layer is formed of a single material selected from the group consisting of carbon, titanium aluminum carbide, vanadium aluminum carbide, chrome aluminum carbide, niobium aluminum carbide, tantalum aluminum carbide, and titanium silicon carbide.
The formation of the intermediate layer is performed by at least one of the chemical vapor deposition method and the chemical vapor phase infiltration method.
A method for manufacturing a fuel cladding tube. 前記第１複合材料層形成ステップの前に、筒状の内側表面材料層の形成を行う内側表面材料層形成ステップをさらに有し、
前記内側表面材料層の形成には、化学気相蒸着法と化学気相浸透法との少なくとも一方を用いることを特徴とする請求項１１に記載の燃料被覆管の製造方法。 Prior to the first composite material layer forming step, an inner surface material layer forming step for forming a tubular inner surface material layer is further provided.
The method for manufacturing a fuel cladding tube according to claim 11, wherein at least one of a chemical vapor deposition method and a chemical vapor phase infiltration method is used for forming the inner surface material layer . 前記第２複合材料層形成ステップの後に、筒状の外側表面材料層の形成を行う外側表面材料層形成ステップをさらに有し、
前記外側表面材料層の形成には、化学気相蒸着法と化学気相浸透法との少なくとも一方を用いることを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の燃料被覆管の製造方法。 After the second composite material layer forming step, the outer surface material layer forming step for forming the cylindrical outer surface material layer is further provided.
The method for manufacturing a fuel cladding tube according to claim 11 or 12, wherein at least one of a chemical vapor deposition method and a chemical vapor phase infiltration method is used for forming the outer surface material layer .
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