耐事故燃料包壳涂层材料研究现状
耐事故燃料包壳涂层材料研究现状
中图分类号：TG146.4 14 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）15-0269-01
1 前言
福岛事故暴露了现有 UO2-锆合金燃料形式在抵抗严重事故性能方面的不足。锆合金涂层
是耐事故燃料包壳的技术方向之一。通过在锆合金包壳表面添加涂层，使传统锆合金包壳材料
发挥更大的效能或能经受苛刻的使用环境，并延长其使用寿命。目前国际上研究的锆合金涂层
主要包括以下方向：MAX 相涂层、Si 涂层、Cr 涂层等。
2 MAX 相涂层
2.1 发展现状
MAX 相材料是继碳化硅陶瓷材料发展之后一种新型的三元陶瓷材料，其微观结构具有典
型的层状特征，宏观特性兼具结构陶瓷和金属材料的性能优势，如良好的导热性和导电性，易
于机械加工，密度小，抗热振动，不易弯曲，较低的热膨胀系数，兼具各向异性的力学性能和
各向同性的热学性能[1]。代表性的 MAX 相材料包括 TixSiCy、TixAlCy 等。
结合 MAX 相涂层的优点，采用 MAX 相涂层技术的锆合金包壳，在保证涂层完整性的前
提下可以解决包壳的如下问题：
1 ） 提高正常运行下的耐腐蚀性能，减少氧化和吸氢（减少氢化和脆化），以及氢化物再
取向。
2 ） 缓解严重事故的后果：提高了高温下包壳强度；通过减少包壳氧化速率和阻止蒸汽与
锆合金的直接接触，显著减少事故下的产氢速率，缓解严重事故后果和延长反应堆应对时间。
3 ） 改善流致振动导致的磨损。
美国 Drexel 大学围绕 MAX 相核材料正在开展一系列研究，如 MAX 相材料的中子辐照损
伤特性、氟盐环境和液态铅铋中的腐蚀、包壳管的制备、MAX 相与核燃料界面反应特性等。
西屋公司报告中指出 Ti3AlC 和Ti3SiC2 三层陶瓷由于易加工、高韧性，均有可能作为燃料包壳
材料，而且以上两种材料的导热性同其他包壳（锆合金、SiC 基包壳、304 不锈钢）相比较
大。西屋公司的报告认为，对于升高温度下的安全裕量，Ti3AlC 表现较好，仅次于SiC。法
国、意大利、澳大利亚等也相继发表了一系列 MAX 相材料的离子辐照损伤行为研究成果，显
示出该类材料具有优越的耐辐照损伤特性和高温自修复能力。但是，Ti3AlC 材料没有相关工程
应用经验，而且有较大的中子吸收截面（与不锈钢相近）。
2.2 技术挑战
使用锆合金 MAX 相涂层包壳必须考虑和解决的潜在技术问题有：
1 ） 正常运行条件下，不会发生碎裂脱落；
2 ） 正常运行条件下，涂层裂纹不会影响锆包壳；
3 ）MAX 相涂层抵抗事故的能力。
3 Cr 涂层和 Si 涂层
3.1 发展现状
摘要：
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耐事故燃料包壳涂层材料研究现状 中图分类号：TG146.4 14 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）15-0269-01 1 前言 福岛事故暴露了现有UO2-锆合金燃料形式在抵抗严重事故性能方面的不足。锆合金涂层是耐事故燃料包壳的技术方向之一。通过在锆合金包壳表面添加涂层，使传统锆合金包壳材料发挥更大的效能或能经受苛刻的使用环境，并延长其使用寿命。目前国际上研究的锆合金涂层主要包括以下方向：MAX相涂层、Si涂层、Cr涂层等。 2 MAX相涂层 2.1 发展现状 MAX相材料是继碳化硅陶瓷材料发展之后一种新型的三元陶瓷材料，其微观结构具有典型的层状特征，宏观特...
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作者：闻远设计
分类：土木建筑化工水利
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