孔隙特征對碳化硅復合包殼等效楊氏模量的影響

李 懿 張愛民

（中國原子能科學研究院 北京 102413）

為提高核電站的安全性，近年來國際核電領域正在推進先進耐事故燃料（Accident Tolerant Fuel，ATF）［1］的研發。ATF通過采用性能更好的芯塊及包殼材料來提高安全性能，因此研發事故工況下性能穩定的包殼材料是ATF研發的重要環節。碳化硅復合材料（SiCf/SiC）由于具有中子吸收截面小、抗氧化能力強、熔點高、強度高等優點，已成為一種十分有吸引力的ATF包殼材料。

碳化硅材料的微觀組織結構對其材料性能有重大影響，而碳化硅材料的微觀結構組織又與制作工藝有著密切關系。目前碳化硅復合材料的制作工藝是首先制備連續增韌的碳化硅纖維（SiCf），然后將其編織在化學氣相滲透法（Chemical Vapor Infiltration，CVI）制備的碳化硅基體外，與碳化硅（SiC）基體共同構成碳化硅纖維增韌復合材料［2?3］。但這種工藝會在材料中產生一定量的氣孔，編織型復合材料的孔隙率最高甚至會達到10%［3］，因此有必要開展孔隙對碳化硅復合材料性能影響的研究。現有的壓水堆碳化硅復合材料為三層圓管結構，管內孔隙為隨機分布，結構很難重復及復現，這就使得大多數力學性能研究都需要進行大量實驗，增加了許多工作量?，F階段，許多研究者［4?6］使用有限元軟件來研究孔隙對復合材料力學性能的影響，配合較少的實驗并取得滿意的成果。

本文運用COMSOL有限元分析（Finite Element Analysis，FEA）軟件，通過其APP開發模塊對建模程序進行二次開發，使其具備生成具有不同孔隙特征［7］（包括孔隙率、孔隙分布、孔隙尺寸……