核辐射技术及其在材料科学领域的应用

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核辐射技术及其在材料科学领域的应用

傅依备，许云书，黄 玮，熊亮萍，高小铃，熊 洁

（中国工程物理研究院核物理与化学研究所，四川绵阳，621900）

[摘要] 核辐射技术在材料科学领域得到了广泛的应用，利用辐射技术对无机材料、高分子材料进行改性和加工已成为一支新兴的高技术产业。综述了辐射技术在材料的改性和加工领域的应用研究进展，并详细介绍该单位在采用反应堆辐照技术研制碳化硅（SiC）陶瓷纤维、辐射交联法制备三元乙丙橡胶（EPDM）密封材料、辐射接枝合成偕胺肟型螯合树脂等方面开展的工作。

[关键词] 核辐射技术; 材料科学; 碳化硅陶瓷纤维;三元乙丙橡胶;偕胺肟型螯合树脂 [中图分类号] TL99 [文献标识码] A [文章编号] 1009-1742(2008)01-0012-11

保护。

1978年英国哈威尔实验室开发了粒子注入法处理金属表面的技术，即利用加速器或离子注入器将一种杂质元素以高速注入到金属材料的基体中。这种注入的带电粒子，其能量一般为104～109 eV，它们能进入材料表层约几百至数千埃深处，，形成一个离子注入层。由于注入离子能量沉积，形成Frenkel 缺陷和次级效应，发展成金属原子排列扰乱，从而形成种种不平衡的组织状态，最终导致金属材料表面的物理和化学性能变化，使其具有抗腐蚀、耐磨损及其他（如催化、超导等）优良性能。

与常规方法相比，离子注入工艺具有以下特点：

1）离子注入是一种向基体材料强行加入杂质元素的过程，不受固溶体溶解度和热力学平衡相图的限制，且可常温进行，可以注入任何元素，得到常规方法很难得到的非晶态合金或亚稳态合金，也可以将溶质浓度提高到平衡固溶度以上。

非晶态合金因具有高的强度、硬度以及良好的韧性和抗腐蚀性能而受到重视。近年来发展了用离子注入法获得非晶态合金的工艺。表1列举了在注入浓度≥10 at%时，离子注入靶材后能获得非晶态的部分材料。

1 前言

广义地讲核技术包括军用和民用，后者又包含核能技术、同位素技术和辐射技术。核辐射技术是核工业领域的“轻工业”，它们有别于“重工业”的核能发电，具有投资小、见效快、效益高等特点，其应用已深入到国民经济和科学技术的各个领域（如工业、农业、医学、生物学、地质学、采矿等），并且愈来愈受到科学技术人员的 重视。

核辐射泛指电磁波辐射、贯穿辐射和带电粒子辐射等。核辐射与物质碰冲作用时发生质量转移，从而引发物理和化学反应。这种效应的研究和应用开发形成了今天的辐射化学和辐射加工工艺学，并在许多领域得到应用。着重对辐射技术在材料科学领域的应用进行简要介绍。

2 辐射技术在材料改性方面的应用

2.1 金属材料的表面改性

金属机械的腐蚀和磨损对经济造成严重损伤。据统计，全球每年由于腐蚀而报废的金属设备和金属材料相当于金属年产量的30 %以上,1970年美国因金属设备磨损造成200亿美元的损失。为了减少这种损失，人们采用了各种技术对设备的表面进行

[收稿日期] 2007-11-06

[基金项目] 中国工程物理研究院科学技术基金重大项目（200420502），国家自然科学基金NSAF基金（10576029）

[作者简介] 傅依备(1929-)，男，湖南岳阳县人，中国工程院院士，中国工程物理研究院研究员，博士生导师，核化学与化工专家

中国工程科学 12

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