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西工大腐蝕頂刊：涂覆CVD-SiC涂層的SiCf/SiC復合材料在熔鹽堆工況下的腐蝕行為

2022-09-26 16:18:09 作者：材料科學與工程來源：材料科學與工程分享至：

連續SiC纖維增強SiC基復合材料（SiCf/SiC）因為其優異的高溫力學性能、化學惰性、抗輻照性能和中子經濟性，被認為是未來先進核能系統燃料包殼和結構部件的理想候選材料。

西北工業大學材料學院李曉強教授團隊同中國科學院上海應用物理研究所合作，開展了SiCf/SiC在釷基熔鹽堆工況下的腐蝕行為研究，相關研究成果以The corrosion behavior of CVD SiC coatings on SiCf/SiC composites in a simulated molten salt reactors environment為題發表在Corrosion Science上，課題組秦一鳴博士為第一作者，鄭策副教授和李曉強教授為共同通訊作者。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.corsci.2022.110411

釷基熔鹽堆是第四代核裂變反應堆中唯一能夠使用液態燃料且在高溫常壓下運行的反應堆，具有釷的利用、在線換料、無水冷卻和固有安全的特點，是我國重點發展的先進核能系統之一。該類反應堆以氟化鹽作為燃料載體和冷卻劑，這就要求結構材料必須具備耐熔鹽腐蝕和抗輻照的雙重特性。目前，熔鹽堆的設計主要考慮使用鎳基合金作為結構材料，但在控制棒套管等關鍵部件上須采用更抗輻照腫脹的SiCf/SiC復合材料。因此，有必要研究SiCf/SiC復合材料在氟化鹽中的腐蝕行為，明確其腐蝕機理，并提出相應的改善措施。

針對上述問題，該篇論文對比研究了涂覆不同沉積溫度制備的CVD SiC涂層的SiCf/SiC復合材料在FLiNaK鹽中的腐蝕行為。通過多種微結構表征手段，發現了CVD SiC涂層中的Si原子會優先溶解于FLiNaK熔鹽中，導致涂層表面生成非晶且富C的腐蝕層。熔鹽中的各元素能夠滲透腐蝕層，進一步腐蝕內部的SiC涂層。第一性原理計算進一步揭示了熔鹽元素通過Si空位在SiC內部擴散的機制，分別計算了熔鹽原子在SiC內的缺陷形成能、F/Li/Na/K向1NN/2NN Si空位的擴散行為以及擴散速率（如圖1和2）。根據上述表征測試和理論計算結果，總結了CVD SiC涂層在熔鹽中的腐蝕機理，如圖3所示。該論文的研究成果表明通過提高SiCf/SiC復合材料表面CVD SiC涂層的沉積溫度，SiC涂層的結晶度明顯改善，晶粒尺寸增加，提高了SiC在熔鹽中的穩定性，能夠改善涂層的抗熔鹽腐蝕能力。