Ti3SiC2MAX相材料輻照損傷微觀結(jié)構(gòu)及力學(xué)特性研究.pdf

1、聚變能源是解決人類社會(huì)能源危機(jī)的最終方案，聚變堆復(fù)雜的工況環(huán)境對于材料提出了嚴(yán)苛的要求。Ti3SiC2 MAX相材料由于其優(yōu)異的力學(xué)性質(zhì)、抗輻照性能以及良好的熱穩(wěn)定性被認(rèn)為是潛在的可用于聚變堆第一壁/包層的結(jié)構(gòu)材料。本論文主要是探討Ti3SiC2 MAX相體材料的輻照損傷機(jī)理，研究的重點(diǎn)集中在利用同步輻射X射線衍射結(jié)合納米壓痕實(shí)驗(yàn)方法分析帶電粒子輻照后的Ti3SiC2材料的微觀結(jié)構(gòu)以及力學(xué)性質(zhì)的變化。用掃描電鏡和透射電鏡對Ti3SiC2

2、材料的表面形貌以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。
　　實(shí)驗(yàn)首先采用700 keV的碳離子輻照Ti3SiC2樣品，研究離子輻照在不同劑量、不同溫度下對材料微觀結(jié)構(gòu)以及力學(xué)性質(zhì)演化的影響。輻照損傷會(huì)使材料產(chǎn)生相分離、各種類型的位錯(cuò)、孔洞等缺陷，從而使材料的性能下降。同步輻射X射線衍射發(fā)現(xiàn)樣品表層區(qū)域的損傷有明顯增加（高分辨的透射電鏡圖像以及對應(yīng)的電子衍射圖像也證實(shí)了這一現(xiàn)象），并且發(fā)現(xiàn)TiC納米晶相會(huì)在高劑量損傷下形成;衍射峰位偏移和寬化主要是因

3、為大小從原子尺度到微米尺度的晶格尺寸缺陷引起的。120℃碳離子輻照對Ti3SiC2MAX相材料造成的損傷隨著輻照劑量的增加而逐漸增大，但是即使在大劑量的情況下，Ti3SiC2 MAX相材料仍能夠保持一定的晶體結(jié)構(gòu)，主要?dú)w因于其較好的抗輻照性能。碳離子輻照對Ti3SiC2 MAX相材料造成的輻照損傷，在高溫輻照過程中隨著溫度的升高得到恢復(fù)，當(dāng)輻照溫度超過一定值的時(shí)候，就沒有TiC納米晶相的生成。在對Ti3SiC2 MAX相材料進(jìn)行的一系列

4、加溫輻照實(shí)驗(yàn)過程中，存在一最低損傷溫度(～350℃)，這主要是在不同溫度下碰撞級(jí)聯(lián)中輻照引起的缺陷產(chǎn)生、遷移、聚集以及復(fù)合等共同作用的結(jié)果。對不同溫度輻照的Ti3SiC2MAX相樣品所做的納米壓痕實(shí)驗(yàn)得到的表面硬度的相對變化也證實(shí)確實(shí)存在這樣一個(gè)最低的損傷溫度。700 keV的硅離子輻照同樣發(fā)現(xiàn)存在這樣一個(gè)最低的損傷溫度。
　　本文還對Ti3SiC2材料中的氦行為進(jìn)行了初步研究。對樣品表面進(jìn)行了較低能量和高通量的氦離子轟擊，同步輻