Cu/Ta和Cu/V纳米多层膜块材的制备及性能研究

发布时间：2022-12-10 19:34

　　纳米多层膜复合材料是一类基于界面工程理论设计的新型纳米结构材料,在满足高力学性能的同时,还兼具高热稳定性和优异的抗辐照性能,被认为是解决制约聚变堆发展材料问题的理想候选材料之一。但是目前“自下而上”的物理或化学沉积方法无法制备块状样品,这严重限制了纳米多层膜复合材料的实际应用,特别是面向聚变服役环境下的工程应用。为此,本论文通过采用大塑性变形法一正交累积叠轧焊（CARB）技术,发展了一条“自上而下”的纳米多层膜块材制备路径,并成功制备了兼具高强度和高稳定性的Cu/V和Cu/Ta纳米多层膜块材。通过对制备工艺摸索和优化得到,与常规累积叠轧焊（ARB）工艺相比,CARB工艺能够有效解决制备过程中材料外部边裂及内部层状结构失稳等不利现象。通过微观机理研究得到,相比于ARB工艺过程中样品沿单一轧制方向上的应变,CARB工艺过程中轧制应变在样品的轧制方向（RD）和横截面方向（TD）上实现了平均分配,这是CARB工艺能够缓解累积叠轧过程中材料出现外部边裂及内部层状结构失稳现象的主要原因。采用CARB工艺首次制备了层厚尺寸分布于微米至纳米尺度范围内的Cu/V和Cu/Ta纳米多层膜块材,其中,Cu/V... 

【文章页数】：104 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 纳米结构材料概述
    1.3 纳米晶材料
        1.3.1 面向聚变服役环境—纳米晶材料的性能优势
        1.3.2 面向聚变服役环境—纳米晶材料存在的关键问题
    1.4 新型纳米结构材料—纳米多层膜复合材料
        1.4.1 纳米金属多层膜复合材料概述
        1.4.2 纳米金属多层膜复合材料定义
        1.4.3 纳米金属多层膜的力学性能及尺寸效应
        1.4.4 纳米金属多层膜的相界面结构类型
        1.4.5 纳米金属多层膜的稳定性
        1.4.6 纳米金属多层膜材料的制备方法
    1.5 本课题的研究背景及内容
第二章 Cu/Ta(V)纳米多层膜块材的制备工艺和研究方法
    2.1 Cu/Ta(V)纳米多层膜块材的制备工艺
        2.1.1 正交累积叠轧焊技术
        2.1.2 实验原材料
        2.1.3 正交累积叠轧焊工艺设备
    2.2 CARB Cu/Ta(V)多层复合块材的微观结构表征
        2.2.1 扫描电子显微镜观察
        2.2.2 透射电子显微镜观察
        2.2.3 基于扫描电镜模式-EBSD
        2.2.4 基于透射电镜模式-PED
        2.2.5 聚焦离子束制样
        2.2.6 X射线衍射技术
    2.3 CARB Cu/Ta(V)纳米多层膜块材的力学性能表征
        2.3.1 硬度测试
        2.3.2 单向拉伸测试
    2.4 CARB Cu/Ta(V)纳米多层膜块材的稳定性表征
        2.4.1 热稳定性表征
        2.4.2 辐照稳定性表征
第三章 Cu/Ta(V)纳米多层膜块材制备及微观结构分析
    3.1 本章内容的研究背景
    3.2 实验结果分析与讨论
        3.2.1 制备工艺对Cu/Ta(V)复合块材微观结构的影响
        3.2.2 CARB Cu/Ta(V)复合块材微观结构演变过程
    3.3 CARB Cu/Ta(V)纳米多层膜块材织构分析
        3.3.1 CARB Cu/Ta纳米多层膜块材织构分析
        3.3.2 CARB Cu/V纳米多层膜块材织构分析
    3.4 本章小结
第四章 Cu/Ta(V)纳米多层膜块材的力学性能及热稳定性
    4.1 本章内容的研究背景
    4.2 实验结果及讨论
        4.2.1 CARB Cu/Ta(V)纳米多层膜块材力学性能研究
        4.2.2 CARB Cu/Ta(V)纳米多层膜块材热稳定性研究
        4.2.3 CARB Cu/Ta(V)纳米多层膜块材高温不稳定机制
    4.3 本章小结
第五章 CARB Cu/V纳米多层膜块材的抗辐照性能
    5.1 本部分内容的研究背景及意义
    5.2 实验结果及讨论
        5.2.1 辐照前样品的微观结构形貌
        5.2.2 辐照后CARB Cu/V纳米多层膜块材的硬度变化
        5.2.3 辐照对CARB Cu/V纳米多层膜块材微观结构的影响
        5.2.4 辐照剂量对He泡分布的影响
        5.2.5 Cu/V相界面对He泡分布的影响
    5.3 本章小结
第六章 全文总结与展望
    6.1 全文总结
    6.2 展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]纳米金属多层膜的强韧化及其尺寸效应[J]. 张金钰,刘刚,孙军.  中国材料进展. 2016(05)
[2]托卡马克研究的现状及发展[J]. 李建刚.  物理. 2016(02)
[3]中国原子能科学研究院三束辐照装置进展[J]. 袁大庆,郑永男,左翼,范平,张乔丽,周东梅,马小强,崔宝群,陈立华,蒋渭生,朱升云.  中国原子能科学研究院年报. 2014(00)
[4]梯度纳米结构材料[J]. 卢柯.  金属学报. 2015(01)
[5]层错能对纳米晶Cu-Al合金微观结构、拉伸及疲劳性能的影响[J]. 安祥海,吴世丁,张哲峰.  金属学报. 2014(02)
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[9]开发聚变能 造福全人类──HT-7和HT-7U超导托卡马克核聚变实验装置[J]. 万元熙.  中国科学院院刊. 1999(06)



本文编号：3717389