C/He混合离子束轰击引起的Ti3AlC2材料中缺陷形成及其演化机理研究

批准号:
11405231
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
28.0 万元
负责人:
庞立龙
依托单位:
学科分类:
A3001.粒子束与物质相互作用
结题年份:
2017
批准年份:
2014
项目状态:
已结题
项目参与者:
丛岩、盛彦斌、宋鹏、魏计房、王栋、何文豪
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中文摘要
Ti3AlC2属于典型的MAX相材料,是一类高性能综合性陶瓷材料,兼具金属和陶瓷性能,被认为是非常有潜力的未来先进核能装置的新型候选材料。但是,在材料中较低的He含量与损伤剂量比(约几—几十appmHe/dpa)的情况下He相关缺陷的形成和演化行为仍不清楚,本项目依托中科院近代物理所(IMP, CAS) 320 kV 高电荷态离子综合研究平台开展Ti3AlC2的C、He单束及混合束辐照实验;在材料中形成较低的appmHe/dpa比值,模拟反应堆环境下中子辐照情况—大量移位损伤产生同时嬗变He的掺杂;通过与单束辐照实验结果对比,研究C/He混合束轰击引起Ti3AlC2材料中缺陷(如He-空位复合体或He泡)的形成特征及演化行为。希望通过本项目的开展更深入的认识和理解MAX相材料中的一些He相关行为,以此为将来建造新一代先进核反应堆的选材方面提供一些科学依据和参考。
英文摘要
Ti3AlC2 is a representative material of MAX phase family which belongs among high-performance ceramic materials. This material, which combines benefits of metal and ceramics, is considered to be a very promising new candidate material for future advanced nuclear device. But there are still some scientific issues need to be clarified, one of which is the formation of He related defects and their evolution under lower level ratios of He concentration to damage dose (about several — dozens appmHe/dpa). This project is based on the experimental conditions of multiple particle irradiation (single-beam C, He and their mixed ion beam) provided by 320 kV integrated research platform of highly charged ions in IMP, CAS. C/He mixed ion beam could create the lower level ratios of appmHe/dpa in Ti3AlC2, simulating neutron irradiation situation in reactor environment -- a large of displacement damage producing simultaneously transmutation He doping. Comparing with the experimental results of single-beam (He or C) irradiation, we will carry out the study on formation and evolution of defects (such as He-vacancy complexes or He bubbles) in Ti3AlC2 under mixed ion beam irradiation. We hope this project could promote in-depth understanding of the He-related behavior in MAX phase materials, and provide scientific basis and data for the selection of materials in our future advanced nuclear device.
Ti3AlC2属于典型的MAX相材料,是一类高性能综合性陶瓷材料,兼具金属和陶瓷性能,被认为是非常有潜力的未来先进核能装置的新型候选材料;它的高抗辐照性引起了广泛的研究兴趣。项目利用中科院近代物理所320kV高电荷态离子综合研究平台完成了Ti3AlC2样品单束C离子、Fe离子辐照实验;完成了Fe和He离子联合辐照实验;研究了离子辐照后Ti3AlC2材料中的损伤程度随剂量、温度的变化;不同损伤水平下材料内缺陷、微结构的演化;不同水平appmHe/dpa 情况下He泡演化及特征。.研究发现:.(1)在常温下,随着辐照量的增加,材料结构的无序度增加,损伤达到50dpa时,仍然保持了很好的晶态相,材料表现出较强的抗辐照性能;但辐照区域有较严重的表面开裂;随着辐照温度升高,缺陷的退火非常明显,开裂现象逐渐减缓,到800℃时样品无开裂现象,晶体结构几乎与未辐照样品一致,表明此温度下,损伤的产生和消除达到平衡,说明了Ti3AlC2作为未来高温核装置的候选材料具有很好的应用前景。.(2)Ti3AlC2有较低的相变阈值,在辐照损伤水平较低(约1.5dpa时)的情况下, Ti3AlC2即发生从α到β相转变。.(3)首次比较明确的给出了离子辐照在Ti3AlC2中存活的空位形态多为C空位;C空位的存在为大量球形He泡的形成提供了成核基础。.(4)随着损伤水平连续增加(2.7-9.4dpa),材料微结构变化如下:从最初相变、晶体结构仍然高度有序,到缺陷团簇、堆垛层错、位错环、扭结产生,到高损伤下大尺寸密集的缺陷团簇形成。.(5)Fe离子辐照在样品表面氧化层中产生高压,导致样品表面形成大量的hills类型的结构,但经过He离子辐照后,可逐渐的消除这种结构。.(6)在He含量(4500appmHe)一定的情况下,低的appmHe/dpa(约3700)有助于He泡的形成。但appmHe/dpa值的高低对He泡的形态及尺寸没有产生明显的影响。后续的He注入对预辐照产生的缺陷态有比较明显的影响,促进了大尺寸缺陷团簇的迁移和分解。.本项目获得一些结果有助于深入认识和理解MAX相材料中的辐照缺陷的产生、演化和一些He相关行为,为Ti3AlC2能否成为新一代反应堆候选材料提供一些数据支持。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
First-principles investigation of vacancies in LiTaO3
LiTaO3 空位的第一性原理研究
DOI:10.1088/0953-8984/28/31/315501
发表时间:2016-06
期刊:JOURNAL OF PHYSICS-CONDENSED MATTER
影响因子:2.7
作者:He Wenhao;Gao Xing;Pang Lilong;Wang Dong;Gao Ning;Wang Zhiguang
通讯作者:Wang Zhiguang
Structural Distortion and Defects in Ti3AlC2 irradiated by Fe and He Ions
Fe 和 He 离子辐照后 Ti3AlC2 的结构畸变和缺陷
DOI:10.1088/0256-307x/35/2/026102
发表时间:2018
期刊:Chin. Phys. Lett.
影响因子:--
作者:Li-Long Pang;Bing-Sheng Li;Tie-Long Shen;Xing Gao;Xue-Song Fang;Ning Gao;Cun-Feng Yao;Kong-Fang Wei
通讯作者:Kong-Fang Wei
DOI:10.1016/j.nimb.2014.11.117
发表时间:2015-07
期刊:Nuclear Instruments & Methods in Physics Research Section B-beam Interactions With Materials and Atoms
影响因子:1.3
作者:L. Pang;Zhiguang Wang;Jianrong Sun;C. Yao;Xingpeng Gao;K. Wei;M. Cui;Bingxuan Li;T. Shen;Yanbin Sheng;Hailong Chang;Hong Zhang
通讯作者:L. Pang;Zhiguang Wang;Jianrong Sun;C. Yao;Xingpeng Gao;K. Wei;M. Cui;Bingxuan Li;T. Shen;Yanbin Sheng;Hailong Chang;Hong Zhang
Effects of Grain Boundary Characteristics on Its Capability to Trap Point Defects in Tungsten
钨晶界特性对其捕获点缺陷能力的影响
DOI:10.1088/0256-307x/35/2/026101
发表时间:2018-01
期刊:Chin. Phys. Lett.
影响因子:--
作者:Wen-Hao He;Xing Gao;Ning Gao;Ji Wang;Dong Wang;Ming-Huan Cui;Li-Long Pang;Zhi-Guang Wang
通讯作者:Zhi-Guang Wang
Effect of Strain Field on Threshold Displacement Energy of Tungsten Studied by Molecular Dynamics Simulation
分子动力学模拟研究应变场对钨阈值位移能的影响
DOI:10.1088/0256-307x/33/9/096102
发表时间:2016-09
期刊:Chin. Phys. Lett.
影响因子:--
作者:Wang Dong;Gao Ning;Setyawan W.;Kurtz R. J.;Wang Zhi-Guang;Gao Xing;He Wen-Hao;Pang Li-Long
通讯作者:Pang Li-Long
离子辐照与LBE交互作用下FeCrAl合金表面氧化层演化机理研究
- 批准号:--
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:60万元
- 批准年份:2020
- 负责人:庞立龙
- 依托单位:
国内基金
海外基金
