制造SiC复合陶瓷的工艺的制作方法

本发明是在能源部授予的合同号de-ne0008222的政府支持下完成的。美国政府在本发明中享有一定权利。

发明背景

1.发明领域

本发明涉及sic复合材料的制造，且更具体地涉及制造sic复合物的燃料棒的方法。

2.现有技术的描述

在典型的核反应堆中，反应堆芯包括大量燃料组件，每个燃料组件是由容纳燃料裂变材料的多个细长燃料棒或类似元件构成。燃料棒被包封在包壳中，该包壳充当裂变材料的安全壳(containment)。示例性包壳材料包括例如锆合金和陶瓷复合材料。美国专利us3,427,222、us5,075,075和us7,139,360中公开了示例性的zr合金。由于在事故中燃料棒在高温蒸汽环境中运行，因此包壳受到腐蚀力。作为补救措施，燃料棒包壳被涂覆以防止外部腐蚀。已显示含陶瓷的涂层材料具有期望的安全性能，例如碳化硅(sic)。美国专利us6,246,740、us5,391,428、us5,338,576、us5,182,077以及美国专利申请公开2006/0039524,2007/0189952和2015/0078505中教导了实验陶瓷类型材料，例如sic单块、纤维及它们的组合，通过引用将它们的相关部分并入本文。

sic复合材料通常为如下形式：在芯轴或sic管上的sic纤维的缠绕物或编织物以形成燃料棒包壳。然后用sic颗粒渗透该sic纤维缠绕物或编织物以填充纤维之中和纤维之间的空隙，然后使用化学气相渗透(cvi)用sic渗透。作为替代，可以仅使用低温条件组(例如cvi中的那些条件)进行渗透。在卷绕物的渗透之后，可以使用诸如化学气相沉积(cvd)的较高温度工艺涂覆渗透的纤维以形成阻挡涂层。为了避免过度操纵以及为了减少成本和制造时间，通常在单一容器或设备中顺序地进行cvi和cvd这两个过程。然而，已经发现，在温度从较低温度的cvi过程变为较高温度的cvd过程的时间期间，无定形材料沉积在sic纤维之中和周围，这对于cvi过程或cvd过程都不是最佳的。

发明概述

通过本文所述的改良方法解决了在同一容器中执行cvi和cvd操作的常规方法所经历的问题。如本文更全面描述的，该方法将渗透过程和涂覆过程分离。在第一温度下在第一容器中进行渗透，以及在高于第一温度的第二温度下在第二容器中进行涂覆。

本文描述了一种用于制造陶瓷复合物结构的方法。各个方面的方法包括围绕至少一个形体的外表面缠绕陶瓷复合物纤维，例如通过编织或卷绕，缠绕的纤维限定出在缠绕纤维之间的空隙。该方法还包括将缠绕纤维加热到不大于第一温度的温度，在第一温度下在第一容器中用陶瓷复合物渗透缠绕纤维中的空隙，将渗透过的缠绕纤维从第一容器转移到不同于第一容器的第二容器，以及在第二容器中在高于第一温度的第二温度下用陶瓷复合物涂覆渗透的缠绕纤维。在各个方面，该方法可以进一步包括：在用陶瓷复合物渗透缠绕纤维中的空隙之前，在单独的容器中将界面涂层(例如碳或氮化硼)施加到加热的缠绕纤维。

纤维缠绕于其周围的形体(form)可以形成复合物结构的组成部分，因此，优选地由陶瓷复合物制成，例如sic。在各个方面，所述形体可以替代性地是可移除的形体，例如由石墨制成。所述可移除形体可以在该方法中的任何阶段移除，其中纤维足够强健(study)以继续该过程而无需由该形体提供的结构支撑。例如，可以在渗透步骤之前或之后，或在涂覆步骤之后，移除所述形体。

渗透步骤可包括将第一载气中携带的第一前体气体注入第一容器中，并使前体气体和载气流过加热的缠绕纤维。第一前体气体在缠绕纤维的空隙各处沉积陶瓷渗透物，优选sic。渗透步骤可以是化学气相渗透过程、电泳沉积过程或其组合。第一温度可以在800℃和1300℃之间。

在涂覆步骤之前，在该方法的各个方面，渗透过的缠绕纤维可以被加热到高于第一温度直到第二温度的温度。在各个方面，涂覆步骤可包括冷却第二容器的壁，使第二前体气体和第二载气(各自优选在第二温度下)在渗透过的缠绕纤维上方流动，以便在其上沉积致密的结晶涂层从而形成涂覆的陶瓷复合物结构。第二前体气体在渗透过的缠绕纤维上方沉积陶瓷涂层，优选sic。涂覆步骤可以是化学气相沉积过程。在该方法的各个方面，第二温度可以在1200℃和1800℃之间。

在各个方面，通过该方法生产的陶瓷复合物结构可以用作由sic纤维缠绕物形成的核燃料棒，所述sic纤维缠绕物被sic均匀渗透并且在其外表面上具有致密的结晶sic涂层。

附图简述

通过参考附图可以更好地理解本公开的特征和优点。

图1a-c示出了纤维缠绕物的局部横截面：(a)在颗粒cvi渗透之前，显示了纤维之间的空隙；(b)在理想化的颗粒cvi渗透之后；和(c)在实际的现有技术cvi渗透之后，示出由于堵塞的孔隙而在纤维缠绕物之间的残留空隙。

图2a-c示出了本文所述方法的一个实施方案的纤维缠绕物的局部横截面：(a)在颗粒cvi渗透之前，显示了纤维之间的空隙和内部加热棒的横截面；(b)部分处理的纤维缠绕物，在纤维之间的空隙中具有颗粒的部分cvi沉积物；和(c)颗粒的最终cvi渗透，显示了完全渗透的空隙。

图3a-b示出了本文所述方法的一个实施方案的纤维缠绕物的局部横截面：(a)在cvi渗透之后但在施加cvd过程以涂覆渗透的纤维缠绕物之前；和(b)在cvd处理之后，显示了最终的cvd沉积物。

图4是本文所述方法的处理顺序的一个实施方案的示意图，显示了通过连接cvi和cvd腔室的任选界面腔室与不同cvd腔室分隔的不同cvi腔室。

优选实施方案的描述

本文所用的单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数指代，除非上下文另有明确说明。因此，冠词“一”和“一个”在本文中用于指代一个或多于一个(即，至少一个)该冠词的语法对象。例如，“一个元件”表示一个元件或多个一个元件。

本文所用的方向性短语，例如但不限于，顶部、底部、左、右、下、上、前、后及其变型，应当与附图中所示元件的方向相关，而不限制权利要求，除非另有明确说明。

在本申请中，包括权利要求书，除另有说明之外，表示数量、数值或特征的所有数字应被理解为在所有情况下均被术语“约“修饰。因此，即使术语“约”可能没有明确地与数字一起出现，但是该数字可以被读作好像前面有术语“约”。因此，如果没有相反的指示，则在以下描述中提出的任何数值参数可以根据人们在依据本公开的组合物和方法中试图获得的期望性能而变化。至少，并不试图将等同原则的适用限制在权利要求书的范围内，本说明书中描述的每个数值参数应至少根据所报告的有效数字的数值并通过应用普通舍入技术来解释。

此外，本文提到的任何数值范围旨在包括其中包含的所有子范围。例如，“1到10”的范围旨在包括所述最小值1和所述最大值10之间(并且包括端值在内)的所有子范围，即，具有等于或大于1的最小值以及等于或小于10的最大值。

如本文所用的术语“陶瓷复合物”是指各种陶瓷复合材料，例如碳化硅(sic)和sic纤维。

纤维缠绕物的术语“空隙”或“多个空隙”，“孔隙”或“多个孔隙”或“间隙”是指纤维和纤维丝束和纤维缠绕物之内和之间的开放或未占据的区域。空隙的形状和尺寸将必然不一致，并且将大部分具有不规则的形状。

本文提供了一种用于制造核电站的燃料棒的改良方法。通过该改良方法形成的陶瓷复合物燃料棒被认为满足核电设施在正常运行和瞬态以及超设计基准事故期间的耐腐蚀性要求。

图1示出了现有制造方法所经历的问题的一个例子。图1a示出了在填充纤维缠绕物22之间存在的空隙24的任何尝试之前缠绕在基底(未示出)的外部28周围的纤维22的横截面视图。为了形成高强度陶瓷复合物，用于覆盖基底表面的纤维缠绕物22中的空隙24必须被相容的材料填充。当纤维22由陶瓷制成时，用于渗透空隙的材料优选是相同的陶瓷。在各种实施方案中，用于纤维和渗透物两者的陶瓷是sic。使用陶瓷复合物填充空隙24的目的是产生高密度复合渗透物30，例如图1b中的期望结构所示，其基本上完全且优选完全填充空隙24。然而在现有实践中，如图1c所示，在化学气相渗透(cvi)处理特有的较低温度下形成的渗透材料的初始沉积物会阻挡形成渗透物的前体气体的进一步渗透。在这些情况下，前体气体不会到达纤维缠绕物22的内部，因此在cvi过程期间要么空隙24保持未填充，要么形成无定形材料，从而使得基底较不耐腐蚀。

为了解决这个问题，涂层34(其也优选由陶瓷复合物制成，并且更优选由sic制成)被施加到纤维缠绕物22和渗透物30，但是经验表明良好屏障的形成取决于在较高的温度下形成屏障。令人遗憾的是，在较高温度下形成的沉积物，例如化学气相沉积(cvd)过程的典型温度，导致在其中进行cvd过程的容器壁上不合意地形成沉积物，并且向形成于纤维缠绕物22和渗透物30上的复合物层的渗透最小。

本文描述了一种用于填充形体(form)周围的陶瓷复合物缠绕物22的空隙24并在渗透纤维上形成阻挡层的改良方法。该形体可以为任何形状。在各个方面，该形体可以是确定具有适用于最终产品将用于的环境中的物理性质的管。例如，该管可以是sic管。该管为复合物结构提供内部气密密封。作为替代，该形体可以是任何合适的可移除形体，用于在渗透步骤期间将纤维22保持在适当位置，这使得卷绕的纤维结构变硬和强化，并且在涂覆步骤期间增加防腐蚀的屏障，使得涂覆的渗透复合物结构本身能够用作管件(tubing)而无需独立的内管。该形体可以由石墨或能承受渗透和涂覆步骤中的热量的类似材料制成。在涂覆过程之后，移除该形体，留下开放的内部。固体陶瓷复合管件可用作核燃料棒以容纳核裂变材料。本领域技术人员将理解，“管”的横截面可以是圆形或非圆形，因此，术语“管”不应被解释为局限于圆柱体。

为了开始该过程，通过将纤维丝束编织或卷绕在形体或管的外表面周围，用陶瓷纤维丝束22缠绕期望形状的形体或管。编织和卷绕技术是本领域技术人员所熟知的。在各个方面，纤维可以是陶瓷纤维或陶瓷复合物纤维，例如sic，并且优选是具有低氧和近似化学计量比的si/c的sic陶瓷。在管外侧形成的sic复合物可包括连续的sic纤维增强的sic基质复合物，如以下文献中所公开的：美国专利申请公布2015/0078505或y.katoh等人，“continuoussicfiber,cvisicmatrixcompositesfornuclearapplications:propertiesandirradiationeffects,”journalofnuclearmaterials,vol.448,pp.448-476(2014)。可用于本文所述方法的sic纤维类型可以是例如hi-nicalon^tms型纤维(由nipponcarbon，tokyo，japan制造)或tyranno^tmsa3纤维(由ubeindustry，ube，japan制造)，在y.katoh等人的journalofnuclearmaterials，vol.448，450表1中列出。

本文所述的制造方法在各种实施方案中产生多层sic材料，包括致密块体sic，sic-sic复合材料，sic纤维增强复合材料，例如一层或多层优选两层或三层的高纯度β或α相化学计量比sic，其被用β相sic渗透的连续β相化学计量比sic纤维的中心层以及细晶粒、高度结晶β相sic的外保护层覆盖。在各个方面，制成产品可包括sic连续纤维增强的sic基质复合物(sic/sic复合物)，其由接近化学计量比的sic纤维、化学计量比且全结晶sic基质、以及纤维和基质之间的热解碳或多层热解碳/sic中间相组成。

无论是通过编织还是卷绕，缠绕物的厚度均可以与被缠绕的管或形体的厚度相当。在示例性实施方案中，缠绕物的厚度可以为0.1至2mm。在某些实施方案中，sic纤维丝束可以被缠绕至约0.1mm至2mm的厚度，并且优选地被缠绕至约0.4mm至1mm的厚度。围绕形体或管的缠绕物通常具有约45-55％的密度，因此固有是多孔的，从而形成空隙24。

在将纤维卷绕在管或形体周围之后，该方法还包括渗透步骤和涂覆步骤。所述改良方法通过在不同温度下在单独的腔室或容器中进行每个过程来将渗透过程与涂覆过程分开。在第一容器中在第一温度下进行渗透，以及在第二容器中在高于第一温度的第二温度下进行涂覆。通过任何合适的措施达到第一温度和第二温度，并且可以通过相同的方法或不同的加热方法。第一容器和第二容器可以是彼此分开的不同容器，或者可以是较大设备中的不同腔室，但仍然彼此分开，使得存在于一个腔室中的条件不影响另一腔室中存在的条件。这些条件可包括，例如下列中的一种或多种：腔室或容器的壁温度，空气温度，压力，气体流量，以及反应物的种类和相对浓度。

在该方法的渗透阶段中，在用纤维22缠绕所述管或形体之后，根据该改良方法的各个方面，通过合适的渗透技术来填充纤维缠绕物的间隙中的残留空隙24，例如化学气相渗透(cvi)或电泳沉积单独或与cvi组合。

在各个方面，该改良方法包括将纤维材料22加热到不大于渗透过程中所用温度的温度。纤维材料22可以被均匀加热，或者优选地可以被加热到缠绕物内部比缠绕物外表面更高的温度。在各个方面，缠绕物内部的较高温度不大于渗透过程中使用的温度。

可以用各种方式加热纤维材料22。例如，可以通过将容器12(即容器壁和容纳在其中的空气)加热到与形成渗透沉积物所需温度接近(例如，在约25℃内)的温度来加热纤维材料22。作为替代，可以不主动加热容器壁，而是可通过加热渗透纤维材料22和空隙24的前体气体来加热纤维材料22。

用于加热纤维材料22的其它合适方式包括但不限于：感应加热，微波加热，或者如图2所示，利用位于纤维缠绕物内部并置于渗透容器12内的内部加热元件32(例如加热的芯轴)进行加热。在各个方面，如果使用sic管代替可移除的形体，可以将电流施加到sic管以将其加热从而在纤维缠绕物22内部部分中提供更高的温度。sic管比石墨芯轴更致密，因此将容纳更多热量。无论使用何种加热器，加热器32都可以被加热到如下温度：该温度将围绕加热器32的内部纤维22加热到比纤维缠绕物22的外侧26附近的纤维温度更高的温度。所得复合物结构将具有更高的密度，因为沉积物(如图2b所示)倾向于在最热的缠绕物(在该情形中是更接近加热器32的那些)上形成，并且在温度相对较冷的缠绕物外侧上倾向于更慢地形成。随着渗透过程继续，渗透物30的沉积继续至纤维缠绕物22的外表面26。温度差异和在纤维缠绕物中心附近的沉积物形成的最终密度减少了空隙区域24的阻塞，该阻塞将干扰常规渗透过程中的渗透物沉积。

可以通过任何合适的方式加热加热器32本身，例如通过加热器携带的电阻加热。

参见图3，可以在第一容器12(图3a)中用均匀加热的纤维复合物进行渗透过程，并且可以在第二容器14中进行涂覆过程(图3b)。在各个方面，渗透过程可以是在800℃至1300℃且优选1000℃至1200℃的温度下进行的cvi工艺。在该温度范围内，前体气体扩散到纤维缠绕物22中形成的空隙24中。可以将一种或多种气体加热到800-1300℃的期望温度，或者可以将腔室中的空气加热到期望温度，或者可以使用两种加热方式的组合使该工艺步骤中的温度达到期望的温度。

cvi提供了一种用于将期望材料的化学蒸气或期望材料的前体，或蒸气携带的期望材料或其前体的颗粒，沉积到多孔预制结构(在该情形中为纤维缠绕物22)的内表面上的方法。通过扩散或通过使用对流的力将反应物引入多孔预制纤维缠绕物22的空隙24中。当前体气体扩散到纤维基质中时，在纤维表面上发生前体气体的连续分解以形成沉积的渗透物30。随着渗透的进行，渗透物变厚，填充空隙24并粘合到纤维缠绕物22。一种商业上有用的cvi工艺使用约1至10kpa的减压来通过扩散沉积渗透物。在较低压力下处理的优点是允许气体在sic渗透物沉积发生之前缓慢渗透纤维空隙。另一种有用的cvi工艺是强制流动热梯度技术，其比扩散过程显著更快(数小时相对于数天)。本领域技术人员将认识到，可调节温度和压力以达到期望的渗透速率、渗透物密度和期望的总处理时间。

前体气体可以是例如携带在氢气中的甲基三氯硅烷，以便在纤维上和纤维之间产生碳化硅沉积物，同时释放出氯化氢和氢气，由以下方程表示：

ch3cl3si+h2→sic+3hcl+h2.

其它陶瓷复合物的其它前体，且优选sic的其它前体，可以用作在渗透温度下与纤维缠绕物22接触时将渗透物沉积到空隙24中的气体。

渗透过程之后的涂覆过程在第二单独容器14中进行，该容器具有均匀加热的复合物结构，其被加热到比渗透期间使用的第一温度更高的第二温度。在该方法的各个方面，涂覆过程在比渗透步骤中使用的压力条件更高的压力条件下进行。由渗透有渗透物30的纤维缠绕物22组成的复合物结构可被加热到比周围容器14更高的温度，以促进在高度致密和结晶的涂层34的复合物结构的外表面上的沉积。可以冷却容器14的壁44以使容器14本身上的沉积最小化。典型的涂覆工艺(例如cvd工艺)中的温度高于渗透工艺的温度，并且可以是例如1200℃至1800℃，优选1300℃至1500℃。在该温度范围内，形成高度结晶(＜10％无定形)、非常致密(＞95％理论密度)的sic，其对环境条件具有高的耐受性。为了避免在容器14上的过度沉积，可以将容器壁44冷却到低于复合物结构温度的温度，同时通过合适的方式将复合物结构加热到所需的处理温度，例如微波或感应加热。

在该方法的渗透和涂覆部分中使用的加热方法优选是不同的，但可以是相同的，只要涂覆温度高于渗透温度即可。例如，在渗透过程中，加热方法可以是结构的中央芯部的电阻加热，而在涂覆过程中，加热方法可以是微波加热，其优先加热复合物结构的外表面。作为替代，渗透过程中的加热方法可以是感应加热，以及涂覆过程中的加热方法可以是微波加热。在又一替代方面，渗透过程和涂覆加热过程可以分别是电阻加热和感应加热，或者可以是相同的。

cvd是一种广泛商用于沉积各种材料的材料工艺。通常，cvd涉及使一种或多种前体气体流入包含待涂覆的受热物体的腔室中。在本文所述方法的各个方面，目的是由上述渗透过程产生的渗透纤维缠绕物22的最高密度。纤维缠绕物22可以在涂覆步骤之前与可移除形体分离，或者可以仍然缠绕在所述形体或管周围。加热物体表面上或附近的化学反应在该表面上形产生薄膜，从而涂覆物体。前体气体可以是在cvi步骤中使用的相同气体，即在氢气中携带的甲基三氯硅烷或sic的其它前体。

在各种替代方面，该方法可以进一步包括：在将缠绕纤维转移到用于用陶瓷复合物渗透缠绕纤维中的空隙的第一容器之前，在单独的容器中将界面涂层施加到加热的缠绕纤维上。界面涂层可以是碳或氮化硼，并且优选具有¹¹b。在加热之后优选将加热的纤维转移到单独的容器中，其中界面气体分解从而在纤维上沉积界面涂层。此后，将纤维转移到用于渗透过程的第一容器中，保持来自加热步骤的温度。

该方法可以在图4所示的系统10中执行，以容纳最大工艺生产量。在各个方面，可以将单一设备中的独立容器12和14或独立腔室12/14的尺寸调节成在分批处理中同时容纳单个或多个纤维22缠绕的结构20。在各个方面，容器12具有壁42并且包括用于执行渗透过程的设备(未示出)，用于用渗透物30填充纤维缠绕物22中的空隙24以形成复合物结构。这种设备是可商购的并且是本领域技术人员公知的，因此无需在本文中详述。在各个方面，容器14具有壁44并且包括用于在将渗透物30沉积到纤维缠绕物22的空隙24中之后进行化学气相沉积过程以涂覆该复合物结构的设备(未示出)。这种设备是可商购的并且是本领域技术人员公知的，因此无需在本文中详述。虽然cvi和cvd的单一容器应用可能利用大型夹具来保持大量管(>20)以便实现合理的输出，但是多容器方法可能利用保持少量管(<20)的夹具。这些夹具可以安装在辊子上或非辊子上的装置上，但是推动或拖动穿过多个腔室以将工件从cvi推进到cvd工艺。较少数量的管允许在管之间实现更均匀的温度，并且允许使用创新性加热方法，例如对于非常大数量的管不实用的内阻加热器。

容器12和14中的加热过程可以如上所述施加到缠绕的结构20，或者可以沿着缠绕结构20移动，或者如上所述施加到容器12/14或施加到载气。例如，可以利用推车(trolley)或螺旋驱动装置沿着保持所述管的结构的外侧1移动感应加热器，然后在完成其对管的扫描之后将其快速回复到腔室的入口，同时将管转移(index)到下一腔室。

在替代系统或设备10中，中间容器或界面腔室16可以结合在第一腔室和第二腔室12/14之间，以通过允许在结构20从第一腔室12移动时并且在它们进入第二腔室14之前对所述结构进行预热来提供增加的生产率。在该过程中可以按适当的间隔使用多个界面腔室或容器，例如，可以使用以下另外的不同腔室中的一个或多个的任何组合：在渗透容器12前面的容器或腔室，用以在进入用于渗透过程的第一腔室12之前将纤维缠绕物22预热到第一温度范围或者接近第一温度范围；在加热容器和渗透容器12之间的容器或腔室，用以向加热后的缠绕纤维施加界面涂层；在渗透容器和涂覆容器之间的容器或腔室，用以在进入施加涂覆过程的第二腔室14之前将复合物结构预热到第二较高温度范围或者接近第二较高温度范围；以及定位在涂覆过程之后的容器或腔室，用以主动或被动地冷却涂覆的复合物结构。

在各个方面，容器或腔室12/14可以是热壁或冷壁反应器，其具有用于气态前体的入口和用于渗透过程或涂覆过程的副产物的出口。在典型的热壁反应器中，所述壁被炉子或其它热源包围，在引入一种或多种前体气体之前所述炉子或其它热源将容器内部加热到所需温度。在典型的冷壁反应器中，所述容器可以被水冷壁围绕。在每种情况下，存在用于引入前体气体的气体入口，以及排气口。

在其周围缠绕纤维22的形体或管可以竖直或水平地定位在传送机上或任何期望类型的推车、滑板(sled)或支架中，以便将一个或多个产品移动穿过容器12和14以及用于制造成品陶瓷复合管的任何初步、中间或后处理的容器。

施加到复合物结构上的涂层是高度结晶并且耐腐蚀的，从而在例如核反应堆中提供抵抗恶劣环境的强屏障。

本文所述工艺产生的包壳优于在单一容器或腔室中进行的分批工艺中生产的包壳。渗透物是致密的并且均匀地分布在纤维缠绕物中，并且涂层形成更强的屏障，具有更高的对外部环境条件的耐受性，例如水分渗透，在没有强涂层的情况下该水分渗透会导致下层结构的腐蚀。

本文提及的所有专利、专利申请、出版物或其它公开材料均通过引用整体并入本文，除了声称通过引用并入本文的所有参考文献和任何材料或其部分仅以如下程度并入本文：所并入的材料不与本公开中阐述的已有定义、陈述或其它公开材料相冲突。因此，并且在必要的程度上，本文所述的公开内容取代通过引用并入本文的任何冲突材料，并且本申请中明确阐述的公开内容占主导(control)。

已经参考各种示例性和说明性实施方案描述了本发明。本文所述实施方案被理解为提供所公开发明的各种实施方案的不同细节的说明性特征；因此，除非另有说明，则应当理解，在可能的程度上，在不脱离所公开发明的范围的情况下，所公开的实施方案的一个或多个特征、元件、组件、组分、成分、结构、模块和/或方面可以与所公开的实施方案的一个或多个其它特征、元件、组件、组分、成分、结构、模块和/或方面彼此相互或相对于彼此组合、分离、相互交换和/或重新排列。因此，本领域普通技术人员将认识到，在不脱离本发明范围的情况下，可以进行任何示例性实施方案的各种替换、修改或组合。此外，本领域技术人员在阅读本说明书时，将认识到或者能够使用不超过常规实验的方式确定与本文所述发明的各种实施方案的许多等同物。因此，本发明不受各种实施方案的描述的限制，而是受权利要求书的限制。