通用原子公司赢得美国能源部合同，为核聚变发电厂开发碳化硅 CMC

通用原子公司电磁系统公司（GA-EMS，美国加利福尼亚州圣地亚哥）已获得美国能源部（DOE）科学办公室一份为期 3 年的合同，以开发一种可扩展、具有成本竞争力的方法来制造用于先进聚变发电厂的碳化硅（SiC）和 SiC 复合泡沫材料。

GA-EMS 总裁 Scott Forney 表示：“SiC 和 SiC 泡沫将在效率和使用寿命方面提供显著优势，以支持聚变发电厂应用。SiC 泡沫是一种高效绝缘体，可防止不必要的热量传递，并且与其他会随时间降解的绝缘材料相比，SiC 泡沫具有极强的抗辐射性。我们的制造方法使我们能够精细地控制材料的特性，并为制造专为聚变环境设计的 SiC 泡沫提供了一种经济高效的方法。”

100 多年来，碳化硅一直被广泛用于各种工业用途。碳化硅的高硬度和耐高温能力使其成为切削刀具、耐火材料部件、大功率电气系统和核能应用（如燃料颗粒涂层）等苛刻应用的理想选择。然而，纯碳化硅的脆性限制了其作为结构材料的使用。用碳化硅纤维进行增强可显著增强陶瓷的韧性，从而形成 SiC/SiC 陶瓷基复合材料 (CMC)。然而，由于制造困难以及 CMC 部件的连接问题，使其在核应用中的广泛部署不切实际。

GA-EMS 表示，其在 SiC 领域拥有数十年的经验，并于 2009 年开始研究用于核燃料包层的 CMC。GA-EMS 的科学家利用过去的研究成果和新技术，开发出了SiGA，这是一种高科技工程化的 SiC CMC，是美国能源部事故容错燃料 (ATF) 项目的首选材料，该项目正在开发能够承受远超现有材料温度的核反应堆燃料棒。GA-EMS 还在开发用于 ATF 以外应用的 SiGA 组件。

GA-EMS 可以制造复杂平面、管状和定制几何形状的 SiGA 复合材料，同时还开发了一种专有连接方法，可以将 SiC 以各种配置与其自身和其他材料粘合在一起。此类接头在高温、高压和中子通量下仍能保持其完整性和密封性。成品 SiGA 复合材料在高达 1600°C 以上的高温辐射下仍能保持其强度和稳定性。

SiGA 复合材料组件的管径范围为 5 至 50+ 毫米，管长可达 1 米。还可生产厚度 >25 毫米的热压 SiGA 结构，盲孔和通孔特征均可在不进行加工的情况下以近净形状制造。

现在，GA-EMS 将利用其高温陶瓷制造和融合测试设施来展示制造首创的 SiC 和 SiC 泡沫材料的途径。

GA-EMS 核技术与材料副总裁 Christina Back 表示：“我们正在开发定制和测试 SiC 材料和复合材料的方法，以满足未来核电站裂变和磁聚变计划所需的尺寸、规模和性能指标。”

通用原子公司于 2022 年 10 月宣布了其完全集成的聚变试验工厂的概念。该概念使用基于 SiC 的材料，可以承受高功率聚变装置内的极端条件。通用原子公司能源集团聚变试验工厂设计中心主任 Brian Grierson 指出：“SiC 和 SiC 复合材料等先进材料将提高效率、减少浪费并使聚变设施更具成本效益。”