Cu基、Zr基和Co基大塊金屬玻璃的He2+離子輻照損傷研究.pdf

1、金屬玻璃具有長程無序、短程有序的亞穩(wěn)態(tài)結構特征，具有很高的強度和抗腐蝕性能，同時表現(xiàn)出優(yōu)良反射能力和抗輻照性能，也許可以作為聚變反應堆中面向等離子體的候選材料。本文選擇能量為500keV的He2+離子，輻照劑量為2×1017、5×1017、1×1018和2×1018ions/cm2，輻照不同系列金屬玻璃((Cu47Zr45Al8)98.5Y1.5、Zr64Cu17.8Ni10.7Al7.5、Co61.2B26.2Si7.8Ta4.8）并

2、選擇目前聚變堆中最有前途的面向等離子體材料金屬W作為對比材料。尋找具有優(yōu)異的耐輻照性能的金屬玻璃系列。
　　本文利用SRIM程序模擬離子輻照過程，計算得到He2+離子在Cu基、Zr基、Co基金屬玻璃和金屬W中的射程分別為1.19μm、1.20μm、1.12μm和0.76μm;DPA（每個點陣原子被擊而發(fā)生離位的次數(shù)）分別為62.9、56.9、45.3和20.8;還計算了聲子能損分布和空位分布等數(shù)據(jù)。利用X射線衍射儀、掃描電子顯微鏡

3、、透射電子顯微鏡、原子力顯微鏡等設備分析了He2+離子輻照對金屬玻璃相結構和微觀結構的影響。
　　研究結果表明:
　　不同輻照劑量條件下三種金屬玻璃都保持了非晶狀態(tài)。輻照劑量為2×1018ions/cm2時Cu基和Zr基金屬玻璃表面沒有出現(xiàn)明顯的損傷現(xiàn)象。Cu基金屬玻璃在距離表面處約為1.35μm處出現(xiàn)明顯的損傷層，Zr基金屬玻璃有類似通道的損傷一直延伸到距離表面1.25μm處。TEM分析顯示，He2+離子在Zr基金屬玻璃的

4、射程末端處聚集了大量氦泡。高分辨TEM照片觀察到了氦泡連通合并的過程。而Co金屬玻璃表面變粗糙并且出現(xiàn)明顯的層離現(xiàn)象。三種金屬玻璃的損傷層厚度分別與計算的離子射程相近。
　　在劑量1×1018ions/cm2時金屬W表面就出現(xiàn)粗糙化、起皮、剝離等損傷現(xiàn)象，當劑量增大到2×1018ions/cm2時，起皮、剝落現(xiàn)象變得更為嚴重，甚至出現(xiàn)多層起皮、剝離。
　　He2+離子束輻照金屬玻璃，表面形貌演化呈現(xiàn)出離子轟擊造成的的粗糙化過