RU2743178C2 - Многослойная композитная система покрытия топлива с высокотемпературной герметичностью и устойчивостью к нештатным ситуациям - Google Patents
Многослойная композитная система покрытия топлива с высокотемпературной герметичностью и устойчивостью к нештатным ситуациям Download PDFInfo
- Publication number
- RU2743178C2 RU2743178C2 RU2020128441A RU2020128441A RU2743178C2 RU 2743178 C2 RU2743178 C2 RU 2743178C2 RU 2020128441 A RU2020128441 A RU 2020128441A RU 2020128441 A RU2020128441 A RU 2020128441A RU 2743178 C2 RU2743178 C2 RU 2743178C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- layer
- coating
- fibers
- inner layer
- nuclear fuel
- Prior art date
Links
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 81
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 78
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 29
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title abstract description 52
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 56
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 53
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 36
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 29
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 15
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 239000003758 nuclear fuel Substances 0.000 claims description 14
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 10
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 10
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 8
- 238000009954 braiding Methods 0.000 claims description 6
- 230000008595 infiltration Effects 0.000 claims description 6
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 claims description 6
- -1 iron-chromium-aluminum Chemical compound 0.000 claims description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 6
- 229910001093 Zr alloy Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 5
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910000734 martensite Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 4
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 4
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 4
- 229910000640 Fe alloy Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 claims 4
- 238000010288 cold spraying Methods 0.000 claims 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 abstract description 112
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 32
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 31
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 20
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 abstract description 7
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 abstract description 7
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 abstract description 7
- 230000008961 swelling Effects 0.000 abstract description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 6
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 abstract description 5
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 abstract description 5
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 12
- 230000004992 fission Effects 0.000 description 10
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 8
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 7
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 7
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 5
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 5
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 230000002285 radioactive effect Effects 0.000 description 4
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 3
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 3
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 3
- 229910000599 Cr alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 2
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 2
- 239000000788 chromium alloy Substances 0.000 description 2
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 2
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 2
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 2
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 2
- 206010073306 Exposure to radiation Diseases 0.000 description 1
- 229910002060 Fe-Cr-Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052778 Plutonium Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052770 Uranium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003963 antioxidant agent Substances 0.000 description 1
- 230000003078 antioxidant effect Effects 0.000 description 1
- 238000000231 atomic layer deposition Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 238000005219 brazing Methods 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000005524 ceramic coating Methods 0.000 description 1
- UPHIPHFJVNKLMR-UHFFFAOYSA-N chromium iron Chemical class [Cr].[Fe] UPHIPHFJVNKLMR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 1
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- OYEHPCDNVJXUIW-UHFFFAOYSA-N plutonium atom Chemical compound [Pu] OYEHPCDNVJXUIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000452 restraining effect Effects 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000004449 solid propellant Substances 0.000 description 1
- 238000001778 solid-state sintering Methods 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N uranium(0) Chemical compound [U] JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C30/00—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
- B32B15/14—Layered products comprising a layer of metal next to a fibrous or filamentary layer
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B9/00—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
- C23C24/02—Coating starting from inorganic powder by application of pressure only
- C23C24/04—Impact or kinetic deposition of particles
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B1/00—Layered products having a non-planar shape
- B32B1/08—Tubular products
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
- B32B15/18—Layered products comprising a layer of metal comprising iron or steel
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
- B32B15/20—Layered products comprising a layer of metal comprising aluminium or copper
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
- B32B5/02—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by structural features of a fibrous or filamentary layer
- B32B5/024—Woven fabric
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B7/00—Layered products characterised by the relation between layers; Layered products characterised by the relative orientation of features between layers, or by the relative values of a measurable parameter between layers, i.e. products comprising layers having different physical, chemical or physicochemical properties; Layered products characterised by the interconnection of layers
- B32B7/04—Interconnection of layers
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B9/00—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00
- B32B9/005—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00 comprising one layer of ceramic material, e.g. porcelain, ceramic tile
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B9/00—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00
- B32B9/04—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00 comprising such particular substance as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material
- B32B9/041—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00 comprising such particular substance as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material of metal
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B9/00—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00
- B32B9/04—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00 comprising such particular substance as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material
- B32B9/047—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00 comprising such particular substance as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material made of fibres or filaments
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
- C04B35/10—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on aluminium oxide
- C04B35/111—Fine ceramics
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
- C04B35/56—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/71—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents
- C04B35/78—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents containing non-metallic materials
- C04B35/80—Fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
- C23C28/02—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings only including layers of metallic material
- C23C28/021—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings only including layers of metallic material including at least one metal alloy layer
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
- C23C28/02—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings only including layers of metallic material
- C23C28/021—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings only including layers of metallic material including at least one metal alloy layer
- C23C28/022—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings only including layers of metallic material including at least one metal alloy layer with at least one MCrAlX layer
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
- C23C28/02—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings only including layers of metallic material
- C23C28/027—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings only including layers of metallic material including at least one metal matrix material comprising a mixture of at least two metals or metal phases or metal matrix composites, e.g. metal matrix with embedded inorganic hard particles, CERMET, MMC.
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
- C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
- C23C28/32—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer
- C23C28/321—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer with at least one metal alloy layer
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
- C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
- C23C28/32—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer
- C23C28/321—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer with at least one metal alloy layer
- C23C28/3215—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer with at least one metal alloy layer at least one MCrAlX layer
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
- C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
- C23C28/32—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer
- C23C28/324—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer with at least one metal matrix material layer comprising a mixture of at least two metals or metal phases or a metal-matrix material with hard embedded particles, e.g. WC-Me
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
- C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
- C23C28/34—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates
- C23C28/341—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates with at least one carbide layer
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
- C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
- C23C28/34—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates
- C23C28/345—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates with at least one oxide layer
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
- G21C3/02—Fuel elements
- G21C3/04—Constructional details
- G21C3/06—Casings; Jackets
- G21C3/07—Casings; Jackets characterised by their material, e.g. alloys
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
- G21C3/02—Fuel elements
- G21C3/04—Constructional details
- G21C3/16—Details of the construction within the casing
- G21C3/20—Details of the construction within the casing with coating on fuel or on inside of casing; with non-active interlayer between casing and active material with multiple casings or multiple active layers
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B2255/00—Coating on the layer surface
- B32B2255/02—Coating on the layer surface on fibrous or filamentary layer
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B2255/00—Coating on the layer surface
- B32B2255/20—Inorganic coating
- B32B2255/205—Metallic coating
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B2262/00—Composition or structural features of fibres which form a fibrous or filamentary layer or are present as additives
- B32B2262/10—Inorganic fibres
- B32B2262/103—Metal fibres
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B2262/00—Composition or structural features of fibres which form a fibrous or filamentary layer or are present as additives
- B32B2262/10—Inorganic fibres
- B32B2262/105—Ceramic fibres
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B2262/00—Composition or structural features of fibres which form a fibrous or filamentary layer or are present as additives
- B32B2262/14—Mixture of at least two fibres made of different materials
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
- B32B2307/50—Properties of the layers or laminate having particular mechanical properties
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B2597/00—Tubular articles, e.g. hoses, pipes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
- C04B2235/52—Constituents or additives characterised by their shapes
- C04B2235/5208—Fibers
- C04B2235/5216—Inorganic
- C04B2235/522—Oxidic
- C04B2235/5224—Alumina or aluminates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
- C04B2235/52—Constituents or additives characterised by their shapes
- C04B2235/5208—Fibers
- C04B2235/5216—Inorganic
- C04B2235/524—Non-oxidic, e.g. borides, carbides, silicides or nitrides
- C04B2235/5244—Silicon carbide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
- C04B2235/52—Constituents or additives characterised by their shapes
- C04B2235/5208—Fibers
- C04B2235/5252—Fibers having a specific pre-form
- C04B2235/5256—Two-dimensional, e.g. woven structures
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/60—Aspects relating to the preparation, properties or mechanical treatment of green bodies or pre-forms
- C04B2235/614—Gas infiltration of green bodies or pre-forms
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/60—Aspects relating to the preparation, properties or mechanical treatment of green bodies or pre-forms
- C04B2235/616—Liquid infiltration of green bodies or pre-forms
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
- C04B2237/30—Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
- C04B2237/32—Ceramic
- C04B2237/34—Oxidic
- C04B2237/343—Alumina or aluminates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
- C04B2237/30—Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
- C04B2237/32—Ceramic
- C04B2237/36—Non-oxidic
- C04B2237/365—Silicon carbide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
- C04B2237/30—Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
- C04B2237/32—Ceramic
- C04B2237/38—Fiber or whisker reinforced
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
- C04B2237/30—Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
- C04B2237/40—Metallic
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
- C04B2237/50—Processing aspects relating to ceramic laminates or to the joining of ceramic articles with other articles by heating
- C04B2237/76—Forming laminates or joined articles comprising at least one member in the form other than a sheet or disc, e.g. two tubes or a tube and a sheet or disc
- C04B2237/765—Forming laminates or joined articles comprising at least one member in the form other than a sheet or disc, e.g. two tubes or a tube and a sheet or disc at least one member being a tube
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Textile Engineering (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Abstract
Изобретение относится к многослойному композитному покрытию топлива для использования в реакторе с водяным, жидкометаллическим или жидким солевым охладителем и касается многослойной композитной системы покрытия топлива с высокотемпературной герметичностью и устойчивостью к нештатным ситуациям. Многослойное покрытие включает в себя внутренний слой, промежуточный слой и внешний слой. Внутренний слой формирует структуру покрытия. Промежуточный слой включает в себя керамический композит или содержащий керамику композит, состоящий из взаимосвязанных тканых или плетеных волокон, например, жгутов волокна, обернутых вокруг внутреннего слоя для того, чтобы сформировать тканую структуру, и матричного материала. Внешний слой состоит из металла или металлического сплава, например в форме покрытия. Изобретение позволяет создать композит, который включает в себя более одного материала, каждый из которых проявляет различное выгодное для покрытия свойство, а именно высокотемпературную механическую прочность и стабильность, сопротивление разбуханию и коррозионную стойкость, обеспечивая одновременно защиту и герметичность по отношению к внешней среде. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
1. ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
[0001] Настоящее изобретение относится к покрытию, состоящему из многослойного композита, для использования в высокотемпературной окружающей среде в качестве барьера для защиты содержимого этого покрытия, а также к способам создания таких композитов. Более конкретно настоящее изобретение относится к многослойному композитному покрытию топлива для использования в реакторе с водяным, жидкометаллическим или жидким солевым охладителем.
2. ОПИСАНИЕ ПРЕДШЕСТВУЮЩЕГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ
[0002] Энергетический реактор может включать в себя реакторное ядро, имеющее большое количество топливных сборок, каждая из которых состоит из множества удлиненных топливных элементов или топливных стержней. Топливные сборки варьируются в размере и конструктивном решении в зависимости от желаемого размера ядра и размера реактора. Каждый из топливных стержней содержит расщепляющееся топливо, такое как топливные таблетки, содержащие уран с некоторым количеством расщепляющегося U235 или U233 и/или плутония. Расщепление расщепляющихся компонентов вызывает выделение тепла. Охладитель, такой как вода, жидкая соль, газ или жидкий металл, например свинец, прокачивается через реакторное ядро для извлечения тепла, выделяемого в реакторном ядре, для производства полезной работы, такой как электричество.
[0003] Каждый из топливных стержней имеет покрытие, которое действует как защитная оболочка для удержания радиоактивного топлива и отделения топлива от охлаждающей среды. Кроме того, во время работы расщепление образует газообразные и летучие и нелетучие высокорадиоактивные продукты деления, которые также ограничиваются этим покрытием. В обычных системах металлического покрытия облучение с течением времени вызывает повреждения металла, выражающиеся в упрочнении, охрупчении и вспучивании материала.
[0004] Фиг. 1 иллюстрирует конструктивное решение покрытия топлива предшествующего уровня техники, которое состоит из стопки топливных таблеток 10, покрытия 12 на основе циркония, пружинного прижимного устройства 14, и концевых заглушек 16.
[0005] Последние разработки в данной области техники предлагают покрытие топливного стержня, состоящее из содержащего керамику материала, такого как карбид кремния (SiC). Было показано, что SiC обладает желаемыми свойствами в нештатных ситуациях, например, при температурах выше 1200°C в легководных реакторах и, поэтому может считаться подходящим конструкционным материалом для покрытий стержня ядерного топлива. Однако поддержание непроницаемости для газообразных продуктов деления во время изгиба при операциях загрузки/выгрузки, или при инцидентах или природных явлениях, таких как землетрясения, является трудным из-за естественной неэластичности керамических материалов в целом. Закрепление концевых заглушек на трубах из SiC с высокой производительностью и приемлемой экономичностью для герметичного уплотнения при температурах свыше 1200°C также является затруднительным.
[0006] В данной области техники существует стремление предложить материал покрытия, который обеспечивал бы высокотемпературную механическую прочность и стабильность, сопротивление разбуханию и коррозионную стойкость, обеспечивая одновременно защиту и герметичность по отношению к внешней среде. Пока еще не был найден единственный материал, который мог бы обеспечить все желаемые свойства для покрытия. Таким образом, задачей настоящего изобретения является предложить композит, который включает в себя более одного материала, каждый из которых проявляет различное выгодное для покрытия свойство.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0007] В одном аспекте настоящее изобретение предлагает содержащее керамику и металл многослойное покрытие, которое включает в себя внутренний слой, имеющий внутреннюю поверхность и внешнюю поверхность, состоящий из металла или металлического сплава; промежуточный слой, имеющий внутреннюю поверхность и внешнюю поверхность, сформированный на внешней поверхности внутреннего слоя и включающий в себя композит, который включает в себя взаимосвязанные керамические волокна и матрицу, выбираемую из керамической матрицы, металлической матрицы или их комбинаций, или взаимосвязанные керамические волокна; и внешний слой, осажденный на внешней поверхности промежуточного слоя, состоящий из металла или металлического сплава.
[0008] Этот композит может включать в себя тканые или плетеные волокна из карбида кремния и матрицу из карбида кремния, или тканые или плетеные волокна из глинозема и матрицу из глинозема.
[0009] Внешний слой может включать в себя формирующий глинозем металлический сплав с антиокислительным покрытием на нем. В некоторых вариантах осуществления внешний слой включает в себя сплав железо-алюминий-хром, опционально с добавлением иттрия.
[0010] В другом аспекте настоящее изобретение предлагает способ для формирования содержащего керамику и металл многослойного покрытия. Этот способ включает в себя формирование внутреннего слоя, имеющего внутреннюю поверхность и внешнюю поверхность, состоящего из металла или металлического сплава; нанесение промежуточного слоя, имеющего внутреннюю поверхность и внешнюю поверхность, на внешнюю поверхность внутреннего слоя, причем этот промежуточный слой включает в себя композит, который включает в себя взаимосвязанные керамические волокна и матрицу, выбираемую из керамической матрицы, металлической матрицы или их комбинаций, или взаимосвязанные керамические волокна; и осаждение внешнего слоя, состоящего из металла или металлического сплава, на внешнюю поверхность промежуточного слоя.
[0011] Нанесение промежуточного слоя может включать в себя получение керамических волокон в форме жгутов волокна; обертывание, наматывание или оплетание жгутами внутреннего слоя; формирование тканой структуры из керамического волокна, в которой формируются пустоты; и осаждение матрицы поверх тканой структуры из керамического волокна с использованием процесса, выбираемого из химического осаждения из паровой фазы, химической инфильтрация паров и инфильтрации золь-геля, для того, чтобы по меньшей мере частично заполнить эти пустоты.
[0012] В некоторых вариантах осуществления внешний слой формируется с помощью процесса, выбираемого из дугового, жидкофазного или холодного распыления.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0013] Дальнейшее понимание настоящего изобретения может быть получено из следующего описания предпочтительных вариантов осуществления в сочетании с прилагаемыми чертежами, на которых:
[0014] Фиг. 1 представляет собой схематическую диаграмму, показывающую покрытие топлива в соответствии с предшествующим уровнем техники; и
[0015] Фиг. 2 представляет собой схематическую диаграмму, показывающую осевое поперечное сечение многослойного покрытия в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО ВАРИАНТА ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
[0016] Настоящее изобретение в целом относится к многослойному материалу для формирования покрытия, к способам подготовки этого многослойного материала, а также к способам для подготовки покрытия, состоящего из этого многослойного материала. Многослойное покрытие включает в себя комбинацию керамических и металлических компонентов. Многослойный материал включает в себя внутренний слой, промежуточный слой и внешний слой. В большинстве случаев внутренний слой может состоять из металла или сплава для формирования герметичного барьера для продуктов деления, и может также оказывать некоторую механическую поддержку для остальной структуры покрытия; промежуточный слой может включать в себя керамический композит или содержащий керамику композит, состоящий из взаимосвязанных тканых или плетеных волокон, например, жгутов волокна, обернутых вокруг внутреннего слоя для того, чтобы сформировать тканую структуру, и матричного материала; а внешний слой может состоять из металла или металлического сплава, например в форме покрытия. В большинстве случаев многослойное покрытие является эффективным барьером для защиты содержимого внутри структуры покрытия от воздействия на него высокой температуры окружающей среды и механических напряжений. Например, покрытие может быть подходящим для использования в качестве топливного покрытия для содержания ядерного топлива в реакторной окружающей среде, в которой вода, жидкая соль или жидкий металлический охладитель циркулирует при очень высоких температурах, как например, но не ограничиваясь этим, в охлаждаемых свинцом реакторах на быстрых нейтронах. Топливное покрытие обладает способностью выдерживать нормальные и нештатные условия, связанные с упомянутыми реакторами. Для простоты описания настоящее изобретение описывается в настоящем документе в контексте топливного покрытия для содержания или удержания таблеток радиоактивного топлива, причем покрытие помещается в реакторном ядре и подвергается воздействию высокотемпературного охладителя, циркулирующего вокруг покрытия в ядре реактора. Однако следует понимать, что настоящее изобретение не ограничивается этим контекстом. Предполагается, что многослойное композитное покрытие по настоящему изобретению может быть применимо к нерадиоактивным, например неядерным приложениям, и может включать в себя любые высокотемпературные приложения тепло- или массообмена, в которых по меньшей мере одна текучая (жидкая или газовая) фаза требует отделения от другой твердой или текучей фазы (газа или жидкости) или смешанной фазовой системы (такой как твердотопливные таблетки с газообразными продуктами), например в приложениях высокотемпературной генерации и хранения энергии, включая, но не ограничиваясь этим, солнечную энергию (использующую высокотемпературную теплопередачу) и энерготехнологию на основе ископаемого топлива.
[0017] Покрытие топливного стержня обычно имеет форму удлиненной трубы, имеющей внутри полость и два противоположных открытых конца. Толщина стенки трубы может изменяться. В некоторых вариантах осуществления толщина стенки трубы составляет от приблизительно 100 до приблизительно 1000 мкм. Эта полость содержит топливные таблетки и обычно удерживающее устройство, такое как пружина, для поддержания конфигурации, например стопки, топливных таблеток. Механизм герметизации обычно располагается на или в каждом открытом конце покрытия для того, чтобы обеспечить уплотнение и предотвратить попадание охладителя, циркулирующего в ядре реактора, в полость покрытия топливного стержня. Как показано на Фиг. 1, покрытие топливного стержня располагается в ядре ядерного реактора.
[0018] Покрытие топливного стержня, как правило, предназначено главным образом для того, чтобы содержать таблетки расщепляющегося топлива, в которых расщепление вызывает образование тепла, и для отделения топливных таблеток и продуктов деления, образующихся при расщеплении, от охлаждающей среды. Покрытие обычно состоит из металлического материала (металла или металлических сплавов) или альтернативно из керамического материала. Каждый из этих вариантов имеет свои преимущества и недостатки. Например, металлическое покрытие обеспечивает хорошую герметичность, хорошую пластичность, регулируемую прочность и способные повторно формироваться слои защиты от коррозии. В отличие от этого, керамическое покрытие обеспечивает высокую жесткость, высокотемпературную прочность, а также высокотемпературную стойкость в окислительной и коррозионной окружающей среде. Покрытие топливного стержня в соответствии с настоящим изобретением предлагает систему многослойного материала, которая объединяет металл/металлический сплав и керамические материалы, так, чтобы свойства и преимущества, связанные с каждым из этих материалов, могли быть проявлены в покрытии.
[0019] В большинстве случаев покрытие топливного стержня, состоящее из системы многослойного материала, избегает проблем, связанных с обычными керамическими композитными системами, таких как трудность достижения герметичности при сохранении пластичности и высокотемпературной прочности. Без привязки к какой-либо конкретной теории считается, что этот конфликт свойств обуславливается потребностью в мелкомасштабном растрескивании композитной керамической матрицы, которое способствует (например, псевдопластичному) растяжению во время деформации керамического материала. В дополнение к этому, покрытие в соответствии с настоящим изобретением может обеспечить живучесть в нештатных ситуациях на основе уникального изготовления керамического композита. В результате покрытие топливного стержня по настоящему изобретению может обеспечить высокотемпературную эффективность и защиту от коррозии топлива в реакторе на тепловых или быстрых нейтронах. Охладитель является жидким или газообразным, и в частности может быть расплавленным металлом, таким как свинец.
[0020] Фиг. 2 показывает многослойное покрытие 21 в форме цилиндрической трубы. Предполагается, что форма покрытия не является ограничивающей, и может включать в себя большое разнообразие форм и конфигураций. Например, покрытие может иметь форму коробчатой структуры или другую закрытую форму, включая двумерные осесимметричные или коническим образом расширяющиеся структуры. Кроме того, эта структура может формироваться единообразной или изменчивой; то есть форма может иметь изменяющийся диаметр вдоль ее длины. Кроме того, предполагается, что цилиндрическая труба может использоваться в различных окружающих средах, таких как, но не ограничиваясь этим, реактор, в котором покрытие 21 содержит топливный элемент. На Фиг. 2 покрытие 21 включает в себя внутренний слой 23, промежуточный слой 29 и внешний слой 35. Как показано на Фиг. 2, внутренний слой 23 имеет форму трубы, которая, в качестве неограничивающего примера, может быть предварительно изготовленным цилиндром, имеющим внутреннюю полость 24, внутреннюю поверхность 25 и внешнюю поверхность 27. Внутренний слой 23 состоит из металла или металлического сплава. В большинстве случаев материал внутреннего слоя 23 выбирается так, чтобы обеспечить хорошую герметичность, податливую поверхность, умеренную прочность и хорошую пластичность. Подходящие металлы и металлические сплавы для использования при формировании внутреннего слоя 23 включают в себя, не ограничиваясь этим, аустенитные стали, ферритно-мартенситные стали, сплавы циркония, сплавы железа, сплавы титана или их слоистые комбинации. Аустенитные и ферритно-мартенситные стали обычно используются в реакторах на быстрых нейтронах, а сплавы циркония, такие как, но не ограничиваясь этим, Zircaloy, обычно используются в реакторах на тепловых нейтронах. Выбор конкретного стального материала может зависеть от балансирования некоторых факторов, таких как ударная вязкость, радиационное охрупчение, разбухание и поглощение нейтронов. Толщина внутреннего слоя 23 может изменяться. Например, внутренний слой 23 может иметь толщину в диапазоне от приблизительно 100 до приблизительно 300 мкм. Внутренний слой 23 обычно формируется с использованием обычных устройств и процессов, таких как для формирования трубчатого топливного покрытия. Например, внутренний слой 23 может быть сформирован с использованием обычного производства труб, такого как волочение или прокатка труб. Однако внутренний слой 23 может быть сделан с использованием процессов осаждения, таких как жидкостное или дуговое распыление, погружение в жидкость или твердотельное спекание на удаляемом сердечнике. В таких процессах удаляемый сердечник может сохраняться в ходе других стадий обработки для того, чтобы облегчить изготовление многослойной структуры.
[0021] Промежуточный слой 29 наносится на внешнюю поверхность 27 внутреннего слоя 23. Как показано на Фиг. 2, промежуточный слой 29 имеет внутреннюю поверхность 31 и внешнюю поверхность 33. Промежуточный слой 29 может состоять из керамического композита, который включает в себя взаимосвязанные тканые или плетеные, например, намотанные, керамические волокна и керамическую матрицу. Опционально промежуточный слой 29 может состоять из взаимосвязанных тканых или плетеных керамических волокон в отсутствие керамической матрицы. Кроме того, опционально промежуточный слой 29 может состоять из содержащего керамику композита, который включает в себя взаимосвязанные тканые или плетеные керамические волокна и металлическую матрицу. В некоторых вариантах осуществления эти взаимосвязанные тканые или плетеные волокна могут включать в себя комбинацию керамических волокон и металлических волокон. Главной особенностью настоящего изобретения является то, что керамические волокна ткутся или сплетаются в механически самосцепляющуюся структуру таким образом, что они способны обеспечивать механическую поддержку в отсутствие механически ограничивающей матрицы между волокнами/жгутами волокон. Керамический компонент (компоненты), например волокна и матрица, если она используется, промежуточного слоя 29, обладают высокой прочностью и жесткостью как при нормальном температурном режиме работы реактора, так и при более высоких температурах, которые являются типичными как для предусматриваемых конструктивным решением нештатных ситуаций, так и для непредусматриваемых конструктивным решением нештатных ситуаций. Известно, что керамике свойственна хрупкость, и поэтому промежуточный слой материала покрытия может быть сформирован из комбинации керамических волокон и матрицы. Эта конструкция материала обеспечивает ограниченное, но тонко разделенное подавленное локальное растрескивание в матрице материала при эффективном сохранении большей части прочности и жесткости структуры взаимосвязанных волокон. За счет ограничения керамического композита (промежуточного слоя 29) между внутренним и наружным слоями (внутренним слоем 23 и внешним слоем 35) это сохранение механических свойств улучшается. Подходящее керамическое волокно и керамические матричные материалы для использования в формировании промежуточного слоя 29 включают в себя, не ограничиваясь этим, карбид кремния, глинозем, а также их смеси и комбинации. Например, волокна карбида кремния, волокна глинозема или их комбинация могут быть скомбинированы с матрицей из карбида кремния, матрицей из глинозема или их комбинацией. Подходящие металлические материалы для матрицы могут включать в себя сплавы на основе железа или на основе никеля, системы на основе титана или на основе циркония, а также их комбинации или смеси. Толщина промежуточного слоя 29 может изменяться. В некоторых вариантах осуществления промежуточный слой 29 может иметь толщину в диапазоне от приблизительно 200 до приблизительно 600 мкм.
[0022] Промежуточный слой 29 обычно формируется с использованием обычных устройств и процессов. Например, промежуточный слой 29 может быть сформирован путем предварительного натяжением волокнистого компонента для формирования волокна в жгуты, под и над обертываемыми или наматываемыми жгутами, например под углом +/-45 градусов, для того, чтобы сформировать перекрестное переплетение. В результате промежуточный слой 29 обеспечивает не только поддержку в эксплуатационных условиях, но и обеспечивает постоянную поддержку, например в форме «чулка», для находящихся внутри топливных таблеток при нештатных ситуациях, в которых металлические элементы (например, внутренний слой 23 и внешний слой 35) могут быть потеряны, перфорированы, разъедены или окислены.
[0023] В некоторых вариантах осуществления труба покрытия (например, внутренний слой 23 на Фиг. 2) обертывается, обматывается или оплетается керамическим волокном (например, из карбида кремния и/или глинозема).
Обертывание, обматывание или оплетание могут выполняться таким образом, что процесс начинается на одном конце трубы покрытия (который может быть открытым или запечатанным), и заканчивается на противоположном конце. Толщина наносимых волокон может изменяться и, например, может сформировать слой толщиной от приблизительно 200 мкм до приблизительно 600 мкм. Как правило, между индивидуальными волокнами или группами волокон имеются пустоты, и поэтому после стадии обертывания, обматывания или оплетания наносится керамический (например, из карбида кремния и/или глинозема) или металлический матричный материал для того, чтобы по меньшей мере частично заполнить пустоты, сформированные между волокнами.
[0024] Матричный материал может осаждаться или наноситься с использованием технологии химической инфильтрации паров (CVI) или химического осаждения из паровой фазы (CVD). Используемый в настоящем документе термин CVI относится к осаждению матричного материала в порах с использованием разлагаемых газообразных матричных прекурсоров, а термин CVD относится к осаждению матричного материала на поверхностях с использованием разлагаемых газообразных матричных прекурсоров. В некоторых вариантах осуществления CVI выполняется при температурах от приблизительно 300°C до приблизительно 1100°C в зависимости от конкретного используемого процесса и устройства для CVI. Традиционный процесс CVI на основе разложения происходит при температурах от приблизительно 900°C до приблизительно 1100°C. В некоторых вариантах осуществления осаждение SiC на основе осаждения атомного слоя выполняется при температурах от приблизительно 300°C до приблизительно 500°C.
[0025] Альтернативно для формирования композиционного материала, например, промежуточного слоя 29 на Фиг. 2, может использоваться процесс инфильтрации, сушки и обжига золь-геля.
[0026] Внешний слой 35 наносится или осаждается в форме покрытия на внешнюю поверхность 13 промежуточного слоя 29. Как показано на Фиг. 2, внешний слой 35 имеет внутреннюю поверхность 37 и внешнюю поверхность 39. Внешний слой 35 состоит из металла или металлического сплава. В большинстве случаев материал внешнего слоя 35 выбирается так, чтобы он отделял внешнюю окружающую среду, например, воду, газ, жидкую соль или жидкий металл, от промежуточного слоя 29, и обеспечивал защитный слой поверх промежуточного слоя 29; в частности в том случае, когда керамическая матрица подвергается растрескиванию при механической деформации композита. Как правило, материал внешнего слоя 35 является в достаточной степени пластичным для того, чтобы этот слой оставался неповрежденным по всему покрытию, и чтобы в случае растрескивания или повреждения защитной внешней поверхности 39 защитный аспект этой поверхности был способен к повторному формированию. Этот повторно формируемый защитный слой обеспечивает химический и физический барьер для проникновения жидкого охладителя в переплетение волокон промежуточного слоя 29. Подходящие металлы и металлические сплавы для использования при формировании внешнего слоя 35 могут включать в себя, не ограничиваясь этим, образующие глинозем металлические сплавы со стойким к окислению покрытием. В некоторых вариантах осуществления предпочтительными являются сплавы Fe-Cr-Al на основе железа с добавками никеля (Ni) и редкоземельных элементов, таких как иттрий (Y). Однако другие устойчивые сплавы с экологически совместимыми покрытиями, такие как высокотемпературные сплавы никеля и нержавеющие стали, также могут использоваться для внешнего слоя 35. В одном предпочтительном варианте осуществления для топливного покрытия в охлаждаемом свинцом реакторе внешний слой имеет форму покрытия, состоящего из сплава железо-хром-алюминий с добавлением иттрия (FeCrAl(Y)), который имеет металлическую пластичность при высоких напряжениях, но сохраняет способность повторно формировать защитное покрытие из глинозема в случае растрескивания внешней поверхности 39.
Толщина покрытия внешнего слоя 35 может изменяться. Например, внешний слой 35 может иметь толщину в диапазоне от приблизительно 20 мкм до нескольких миллиметров. Однако оптимальные толщины могут находиться в диапазоне от приблизительно нескольких десятков мкм (минимальная толщина для обеспечения изменчивости поверхности, формируемой намотанными жгутами керамического волокна) до приблизительно 1 мм максимум. (Максимальная толщина обеспечивает пластичное покрытие, которое может деформироваться вместе с нижележащим керамическим материалом без растрескивания). Толщины внешнего слоя порядка от нескольких десятков мкм до ста - двухсот мкм являются предпочтительными, в зависимости от толщины промежуточного слоя.
Таким образом, толщины внешнего слоя должны составлять приблизительно 10% от толщины промежуточного слоя.
[0027] Внешний слой 35 обычно формируется с использованием обычных устройств для нанесения покрытий и процессов осаждения. Например, внешний слой 35 может быть сформирован с помощью дугового, жидкофазного или холодного напыления внешнего слоя, имеющего достаточную толщину для заполнения промежутков в поверхности нижележащего композитного промежуточного слоя 29, обеспечения полного покрытия поверхности и сохранения способности к повторному формированию защитного поверхностного слоя в течение срока службы покрытия. В некоторых вариантах осуществления алюминий во внешнем слое окисляется для того, чтобы сформировать защитный слой адгезивного глинозема. В таких вариантах осуществления богатый глиноземом металлический материал осаждается как металлическая система в вакууме или в неокисляющей атмосфере, и как только металлический слой будет осажден, воздух или кислород могут быть поданы к поверхности осажденного материала либо в виде атмосферы, либо как направленный газовый поток. Нагревание этой металлической структуры и/или газа при управляемых условиях будет влиять на окисление верхней части металлического слоя и формирование желаемого защитного оксидного внешнего слоя.
[0028] Использование металлических внутренних и внешних слоев 23,35 позволяет управлять структурой вблизи конца таким образом, что обычные методики соединения металл-металл могут использоваться для запечатывания конца трубы. В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере один из внутреннего слоя 23 и внешнего слоя 35 проходит за промежуточный слой 29 таким образом, что удлинение или перекрытие на каждом конце способно соединяться вместе обычными способами соединения, такими как высокотемпературная пайка или сварка, для запечатывания каждого открытого конца трубы покрытия. Например, топливные таблетки могут загружаться в полость топливного покрытия, после чего на него наносится внешний слой 35, посредством чего часть внешнего слоя 35 проходит за промежуточный слой 29, и это перекрытие соединяется вместе на каждом конце трубы покрытия для того, чтобы запечатать открытые концы. Альтернативно одно концевое уплотнение может быть сформировано, например, с помощью сварки, чтобы закрыть открытый конец покрытия, после чего топливные таблетки загружаются в полость, а затем другой открытый конец покрытия запечатывается.
[0029] В некоторых вариантах осуществления изготовление одного или более из внутреннего, промежуточного и внешнего слоев может выполняться до или после загрузки топлива в полость покрытия. Кроме того, многослойное покрытие может быть создано, например, уложено, и сформировано, например, соэкструдировано, с тем, чтобы обеспечить улучшенное формование и уплотнение.
[0030] Покрытие топливного стержня в соответствии с настоящим изобретением обеспечивает по меньшей мере одно или более из следующих преимуществ по сравнению с обычными покрытиями, известными в данной области техники:
[0031] Герметичность внутренней поверхности трубы покрытия для газообразных и летучих продуктов деления топлива;
[0032] Способность продемонстрировать высокотемпературную прочность и ударную вязкость, а также сопротивление разбуханию и устойчивость к образованию пустот под действием облучения;
[0033] Механическую устойчивость к очень высоким температурам и высоким механическим напряжениям;
[0034] Механическую поддержку и удержание продуктов распада топлива в случае нештатных ситуаций с тканой структурой (промежуточным слоем); и
[0035] Коррозионную стойкость и защиту от окисления поверхности системы многослойного материала, которая одновременно обеспечивает герметическое запечатывание поверхности керамического композита в случае образования микротрещин в керамической матрице и способность к повторному формированию внешнего защитного оксидного слоя.
[0036] Во время работы реактора внутреннее давление газа, выделяющегося из топлива, ограничивается покрытием. Функции покрытия включают в себя удержание топлива и продуктов его деления, обеспечение механической прочности и стабильности, а также обеспечение защиты и герметичности по отношению к внешней среде, которые обеспечиваются внутренним слоем, керамическим или содержащим керамику композитным промежуточным слоем и внешним слоем, соответственно. Таким образом удается избежать необходимости наличия высокотемпературной прочности, сопротивления разбуханию и коррозионной стойкости в одном материале. Внутренний и внешний металлические слои могут обеспечить некоторую механическую прочность, но ключевым механическим свойством этих слоев является способность деформироваться с керамическим промежуточным слоем без растрескивания. Таким образом, в случае нештатных ситуаций, когда высокая температура должна переноситься в течение короткого времени, и необходимо поддерживать разделение различных топливных элементов, но последующее сохранение 100%-ой механической целостности для повторного использования не требуется, отказ при обширном окислении/коррозии металлических частей системы покрытия не был бы катастрофическим. Остающаяся после нештатной ситуации структура топливного покрытия по существу состоит из стойкой к высокой температуре керамики, и в частности сохраненного механически поддерживающего переплетения волокон (промежуточного слоя 29), который обладает способностью удерживать продукты деления топлива, так что остающаяся окисленная структура действует как тканый «чулок», удерживающий топливные таблетки.
[0037] В то время как были подробно описаны конкретные варианты осуществления настоящего изобретения, специалистам в данной области техники будет понятно, что могут быть разработаны различные модификации и альтернативы этих деталей в свете общего описания настоящего изобретения. Соответственно, конкретные раскрытые варианты осуществления являются всего лишь иллюстративными, а не ограничивающими область охвата настоящего изобретения, которая определяется приложенной формулой изобретения, а также любыми и всеми ее эквивалентами.
Claims (29)
1. Многослойное покрытие (21) для стержня с ядерным топливом, содержащее:
внутренний слой (23);
промежуточный слой (29), сформированный на внешней поверхности (27) внутреннего слоя (23), содержащий:
взаимосвязанные керамические волокна; или
композит, содержащий:
взаимосвязанные керамические волокна; и
матрицу, содержащую карбид кремния, оксид алюминия, и их смеси или комбинации; и
способный повторно формироваться внешний слой (35), осажденный на внешней поверхности (33) промежуточного слоя (29), причем указанный способный повторно формироваться внешний слой (35) содержит сплав железо-хром-алюминий.
2. Многослойное покрытие (21) для стержня с ядерным топливом по п. 1, в котором внутренний слой (23) содержит металлический сплав, выбранный из группы, состоящей из аустенитной стали, ферритно-мартенситной стали, сплава железа, сплава циркония, сплава титана, а также их слоистых комбинаций.
3. Многослойное покрытие (21) для стержня с ядерным топливом по п. 1, в котором внутренний слой (23) структурируется так, чтобы сформировать цилиндрическую трубу.
4. Многослойное покрытие (21) для стержня с ядерным топливом по п. 1, в котором указанный внутренний слой формирует полость для содержания ядерного топлива.
5. Многослойное покрытие (21) для стержня с ядерным топливом по п. 1, в котором взаимосвязанные керамические волокна содержат тканые или плетеные волокна из карбида кремния, тканые или плетеные волокна из глинозема, и их смеси или комбинации.
6. Многослойное покрытие (21) для стержня с ядерным топливом по п. 1, в котором взаимосвязанные керамические волокна имеют форму жгутов волокна, конфигурируемых в тканую или наматываемую структуру.
7. Многослойное покрытие (21) для стержня с ядерным топливом по п. 1, в котором матрица осаждается на и в тканую или наматываемую структуру из керамического волокна.
8. Многослойное покрытие (21) для стержня с ядерным топливом по п. 1, в котором сплав железо-хром-алюминий содержит стойкое к окислению покрытие.
9. Многослойное покрытие (21) для стержня с ядерным топливом по п. 1, в котором сплав железо-хром-алюминий способного повторно формироваться внешнего слоя (35) содержит иттрий.
10. Способ формирования многослойного покрытия (21) для стержня с ядерным топливом, включающий в себя:
формирование внутреннего слоя (23), содержащего металлический сплав, выбранный из группы, состоящей из аустенитной стали, ферритно-мартенситной стали, сплава железа, сплава циркония, сплава титана, а также их слоистых комбинаций;
нанесение промежуточного слоя (29) на внешнюю поверхность (27) внутреннего слоя (23), и
осаждение способного повторно формироваться внешнего слоя (35), содержащего сплав железо-хром-алюминий, на внешней поверхности (33) промежуточного слоя (29).
11. Способ по п. 10, в котором формирование внутреннего слоя (23) включает формирование внутреннего слоя (23) с образованием полости (24) для содержания ядерного топлива.
12. Способ по п. 10, в котором нанесение промежуточного слоя (29) включает в себя обертывание, наматывание или оплетание волокнами, содержащими тканые или плетеные волокна из карбида кремния, тканые или плетеные волокна из глинозема, и их смеси или комбинации, на внутренний слой (23) с получением тканой структуры из керамического волокна, причем тканая структура керамического волокна формирует пустоты внутри.
13. Способ по п. 12, в котором обертывание, наматывание или оплетание волокнами включает обертывание, наматывание или оплетание волокнами в виде жгутов волокон.
14. Способ по п. 12, в котором нанесение промежуточного слоя (29) дополнительно включает осаждение матрицы поверх тканой структуры из керамического волокна.
15. Способ по п. 14, в котором осаждение матрицы включает осаждение карбида кремния, глинозема и их смесей или комбинаций поверх тканой структуры из керамического волокна.
16. Способ по п. 14, в котором осаждение матрицы включает осаждение с помощью процесса, выбранного из группы, состоящей из химического осаждения из паровой фазы, химической инфильтрации паров и инфильтрации золь-геля, для того, чтобы по меньшей мере частично заполнить пустоты.
17. Способ по п. 10, в котором осаждение способного повторно формироваться внешнего слоя (35) включает осаждение способного повторно формироваться внешнего слоя (35) способом, выбранным из группы, состоящей из дугового, жидкофазного или холодного напыления.
18. Способ по п. 10, в котором осаждение способного повторно формироваться внешнего слоя (35) включает инкапсулирование промежуточного слоя (29) и внутреннего слоя (23).
19. Способ по п. 10, в котором осаждение способного повторно формироваться внешнего слоя (35) дополнительно включает осаждение иттрия.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US14/956,892 US9982350B2 (en) | 2015-12-02 | 2015-12-02 | Multilayer composite fuel clad system with high temperature hermeticity and accident tolerance |
US14/956,892 | 2015-12-02 |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018123505A Division RU2732465C2 (ru) | 2015-12-02 | 2016-10-24 | Многослойная композитная система покрытия топлива с высокотемпературной герметичностью и устойчивостью к нештатным ситуациям |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2020128441A RU2020128441A (ru) | 2020-10-06 |
RU2020128441A3 RU2020128441A3 (ru) | 2021-01-19 |
RU2743178C2 true RU2743178C2 (ru) | 2021-02-15 |
Family
ID=58797839
Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020128441A RU2743178C2 (ru) | 2015-12-02 | 2016-10-24 | Многослойная композитная система покрытия топлива с высокотемпературной герметичностью и устойчивостью к нештатным ситуациям |
RU2018123505A RU2732465C2 (ru) | 2015-12-02 | 2016-10-24 | Многослойная композитная система покрытия топлива с высокотемпературной герметичностью и устойчивостью к нештатным ситуациям |
Family Applications After (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018123505A RU2732465C2 (ru) | 2015-12-02 | 2016-10-24 | Многослойная композитная система покрытия топлива с высокотемпературной герметичностью и устойчивостью к нештатным ситуациям |
Country Status (8)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US9982350B2 (ru) |
EP (1) | EP3383644B1 (ru) |
JP (1) | JP6966436B2 (ru) |
KR (1) | KR102572043B1 (ru) |
CN (2) | CN116386905A (ru) |
ES (1) | ES2954274T3 (ru) |
RU (2) | RU2743178C2 (ru) |
WO (1) | WO2017095552A1 (ru) |
Families Citing this family (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10872701B2 (en) * | 2016-06-10 | 2020-12-22 | Westinghouse Electric Company Llc | Zirconium-coated silicon carbide fuel cladding for accident tolerant fuel application |
US11049622B2 (en) | 2018-02-13 | 2021-06-29 | Westinghouse Electric Company Llc | Method to pressurize sic fuel cladding tube before end plug sealing by pressurization pushing spring loaded end plug |
WO2019183575A1 (en) | 2018-03-22 | 2019-09-26 | Energie Propre Prodigy Ltee / Prodigy Clean Energy Ltd. | Systems and methods for rapid establishment of offshore nuclear power platforms |
US11404175B2 (en) * | 2018-07-16 | 2022-08-02 | Westinghouse Electric Company Llc | Silicon carbide reinforced zirconium based cladding |
WO2020093246A1 (zh) * | 2018-11-06 | 2020-05-14 | 中广核研究院有限公司 | 核燃料组件的管材及燃料包壳 |
US20200161010A1 (en) | 2018-11-20 | 2020-05-21 | Westinghouse Electric Company Llc | Coatings and Surface Modifications to Mitigate SiC Cladding During Operation in Light Water Reactors |
CN109868475B (zh) * | 2019-01-23 | 2021-06-22 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 锆合金包壳及其制备方法、锆合金组件 |
WO2021216875A1 (en) * | 2020-04-24 | 2021-10-28 | Westinghouse Electric Company Llc | Nuclear fuel cladding for fast reactors, assemblies thereof, and methods of manufacture thereof |
CN111767514B (zh) * | 2020-06-29 | 2023-06-23 | 南京航空航天大学 | 薄片形陶瓷基纤维束复合材料制备方法及其纵向净面积确定方法 |
CN113571209B (zh) * | 2021-08-02 | 2023-10-24 | 西北工业大学 | 一种多层包壳管及其制备方法 |
CN114203314B (zh) * | 2021-12-06 | 2022-12-09 | 西安交通大学 | 一种液态金属填充间隙的复合碳化硅包壳核燃料棒 |
CN115171920A (zh) * | 2022-06-14 | 2022-10-11 | 中国核动力研究设计院 | 一种核燃料用双层复合包壳管、核燃料及制备方法 |
CN115142028B (zh) * | 2022-08-25 | 2023-06-30 | 西安稀有金属材料研究院有限公司 | 一种耐磨耐腐蚀Fe-Cr-Al复合涂层的制备方法 |
US20240102148A1 (en) * | 2022-09-23 | 2024-03-28 | Westinghouse Electric Company Llc | Fiber reinforced multi-layered wear and corrosion coatings of zirconium alloy nuclear fuel cladding |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4029545A (en) * | 1974-11-11 | 1977-06-14 | General Electric Company | Nuclear fuel elements having a composite cladding |
US5182077A (en) * | 1991-04-15 | 1993-01-26 | Gamma Engineering Corporation | Water cooled nuclear reactor and fuel elements therefor |
US6243433B1 (en) * | 1999-05-14 | 2001-06-05 | General Electic Co. | Cladding for use in nuclear reactors having improved resistance to stress corrosion cracking and corrosion |
US20120087457A1 (en) * | 2010-10-08 | 2012-04-12 | Battelle Energy Alliance, Llc | Cladding material, tube including such cladding material and methods of forming the same |
Family Cites Families (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4075010A (en) * | 1976-02-05 | 1978-02-21 | The International Nickel Company, Inc. | Dispersion strengthened ferritic alloy for use in liquid-metal fast breeder reactors (LMFBRS) |
JPS55107991A (en) * | 1979-02-14 | 1980-08-19 | Tokyo Shibaura Electric Co | Method of making nuclear fuel element |
US5260137A (en) * | 1990-06-07 | 1993-11-09 | Avco Corporation | Infiltrated fiber-reinforced metallic and intermetallic alloy matrix composites |
US20060039524A1 (en) * | 2004-06-07 | 2006-02-23 | Herbert Feinroth | Multi-layered ceramic tube for fuel containment barrier and other applications in nuclear and fossil power plants |
JP2008070138A (ja) * | 2006-09-12 | 2008-03-27 | Global Nuclear Fuel-Japan Co Ltd | 核燃料集合体、それに用いる部品およびその製造方法 |
US20090022259A1 (en) * | 2007-07-20 | 2009-01-22 | General Electric Company | Fuel rod with wear-inhibiting coating |
CN101821813B (zh) | 2007-10-04 | 2013-11-27 | 劳伦斯·利弗莫尔国家安全有限责任公司 | 用于聚变-裂变发动机的固体空芯燃料 |
WO2012129677A1 (en) * | 2011-03-28 | 2012-10-04 | Torxx Group Inc. | Ceramic encapsulations for nuclear materials and systems and methods of production and use |
FR2978697B1 (fr) | 2011-08-01 | 2014-05-16 | Commissariat Energie Atomique | Tube multicouche ameliore en materiau composite a matrice ceramique, gaine de combustible nucleaire en resultant et procedes de fabrication associes |
US8971476B2 (en) * | 2012-11-07 | 2015-03-03 | Westinghouse Electric Company Llc | Deposition of integrated protective material into zirconium cladding for nuclear reactors by high-velocity thermal application |
KR101486260B1 (ko) * | 2013-04-17 | 2015-01-28 | 한국원자력연구원 | 금속-세라믹 하이브리드 피복관 및 그 제조방법 |
KR101526305B1 (ko) * | 2013-06-19 | 2015-06-10 | 한국원자력연구원 | 다층구조 금속-세라믹 복합체 핵연료 피복관 및 이의 제조방법 |
-
2015
- 2015-12-02 US US14/956,892 patent/US9982350B2/en active Active
-
2016
- 2016-10-24 EP EP16871234.7A patent/EP3383644B1/en active Active
- 2016-10-24 RU RU2020128441A patent/RU2743178C2/ru active
- 2016-10-24 CN CN202310348049.5A patent/CN116386905A/zh active Pending
- 2016-10-24 CN CN201680069853.8A patent/CN108290387A/zh active Pending
- 2016-10-24 WO PCT/US2016/058384 patent/WO2017095552A1/en active Application Filing
- 2016-10-24 JP JP2018523447A patent/JP6966436B2/ja active Active
- 2016-10-24 KR KR1020187018669A patent/KR102572043B1/ko active IP Right Grant
- 2016-10-24 ES ES16871234T patent/ES2954274T3/es active Active
- 2016-10-24 RU RU2018123505A patent/RU2732465C2/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4029545A (en) * | 1974-11-11 | 1977-06-14 | General Electric Company | Nuclear fuel elements having a composite cladding |
US5182077A (en) * | 1991-04-15 | 1993-01-26 | Gamma Engineering Corporation | Water cooled nuclear reactor and fuel elements therefor |
US6243433B1 (en) * | 1999-05-14 | 2001-06-05 | General Electic Co. | Cladding for use in nuclear reactors having improved resistance to stress corrosion cracking and corrosion |
US20120087457A1 (en) * | 2010-10-08 | 2012-04-12 | Battelle Energy Alliance, Llc | Cladding material, tube including such cladding material and methods of forming the same |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
ES2954274T3 (es) | 2023-11-21 |
RU2018123505A3 (ru) | 2020-02-27 |
EP3383644A1 (en) | 2018-10-10 |
KR102572043B1 (ko) | 2023-08-28 |
WO2017095552A1 (en) | 2017-06-08 |
JP6966436B2 (ja) | 2021-11-17 |
US9982350B2 (en) | 2018-05-29 |
RU2732465C2 (ru) | 2020-09-17 |
RU2018123505A (ru) | 2020-01-10 |
CN116386905A (zh) | 2023-07-04 |
EP3383644B1 (en) | 2023-07-19 |
CN108290387A (zh) | 2018-07-17 |
KR20180080350A (ko) | 2018-07-11 |
US20170159186A1 (en) | 2017-06-08 |
EP3383644A4 (en) | 2019-04-17 |
RU2020128441A (ru) | 2020-10-06 |
JP2019501372A (ja) | 2019-01-17 |
RU2020128441A3 (ru) | 2021-01-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2743178C2 (ru) | Многослойная композитная система покрытия топлива с высокотемпературной герметичностью и устойчивостью к нештатным ситуациям | |
JP6455958B2 (ja) | 燃料棒のセラミック含有被覆管に二重にシールされた端栓 | |
US9548139B2 (en) | Multilayer tube in ceramic matrix composite material, resulting nuclear fuel cladding and associated manufacturing processes | |
JP2019023157A (ja) | SiC基材に放電プラズマにより端栓を焼結させた燃料被覆管 | |
JP6082810B2 (ja) | 管状体および管状体の製造方法 | |
JP6466956B2 (ja) | 原子燃料棒のセラミック含有被覆管に被覆を施す方法及び複合材 | |
JP7367020B2 (ja) | 軽水炉運転中のSiC被覆管を沈静化させるための被膜及び表面改質 | |
JP7350254B2 (ja) | 端栓が接合された燃料棒 | |
US11976354B2 (en) | Method for producing ceramic multilayered tube used as cladding for fuel element in nuclear power plant |