氢同位素在铜及其合金中的滞留渗透行为研究

发布时间：2017-09-18 16:25

  本文关键词：氢同位素在铜及其合金中的滞留渗透行为研究

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【摘要】：纯铜具有优良的导热性能,其合金在高温时仍能保持较高的强度,析出相粒子可以有效地减弱辐照引起的材料硬化与肿胀行为,因而铜及其合金作为热沉材料被广泛用于聚变堆装置中。聚变装置中所有与氢同位素接触的材料都涉及滞留渗透行为,这些行为对聚变装置的安全性及经济性造成了挑战。国际上迄今对于铜与其合金(特别是A1203弥散强化铜合金)的氢同位素渗透滞留行为的研究非常有限,借助热脱附谱与气体驱动渗透实验平台对相应的问题进行研究可以有效地补充铜材料在聚变应用中所需的基础数据。借助热脱附谱实验平台对氘气暴露过的无氧铜,铬锆铜和进口国产两种A1203弥散强化铜合金进行了热脱附实验。实验发现：铬锆铜与无氧铜有一个脱附峰,两种弥散铜均有两个脱附峰,铬锆铜与国产弥散铜的脱附速率与脱附总量均较进口弥散铜要高,进口弥散铜又较无氧铜要高。对两种Al203弥散强化铜合金进行的氧氮分析发现：国产Al203弥散强化铜合金中自由氧的含量较高,结合热脱附谱实验时四种材料氘水分压的比较和扫描电子显微镜的观察可以推测,这可能是国产A1203弥散强化铜合金脱附速率和脱附总量较高的原因之一。使用TMAP程序模拟了无氧铜的热脱附实验,发现均匀缺陷和表面缺陷的缺陷密度假设均无法很好地解释热脱附实验的现象。对比无氧铜的氘水和氘脱附谱发现二者释放峰的变化步调基本一致,推测无氧铜热脱附时产生的这个脱附峰可能与氘水的释放有关。本论文还开展了氘气在A1203弥散强化铜合金中渗透性能的研究,通过气体驱动渗透实验平台测量了A1203弥散强化铜合金在621 K到803 K温度范围内的氘渗透率与扩散系数。在这个温度范围内渗透通量与驱动气体压强的平方根成正比,渗透率和扩散系数与温度均满足于Arrhenius关系式。与纯铜,铬锆铜文献数据的对比发现三者的渗透率基本一致但A1203弥散强化铜合金扩散系数明显较低,且在低温时更加明显。出现这种现象的原因可能是Al203弥散强化铜合金中具有更多的缺陷密度和更高的氢同位素捕获势能。
【关键词】：铜合金 氘渗透 热脱附 脱附速率
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG146.11
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-24
• 1.1 引言10-13
• 1.2 铜及其合金应用与性能研究现状13-18
• 1.3 氢同位素在聚变材料中渗透滞留的研究现状18-21
• 1.3.1 渗透研究现状18-20
• 1.3.2 滞留研究现状20-21
• 1.4 论文主要研究内容21-24
• 第二章 铜及其合金的滞留性能研究24-46
• 2.1 研究方法24-29
• 2.1.1 气相充氘与热脱附谱实验24-26
• 2.1.2 场发射扫描电子显微镜观察微观结构26-28
• 2.1.3 氧氮分析测试28-29
• 2.2 铜及其合金的滞留行为研究29-34
• 2.2.1 实验内容29-32
• 2.2.2 实验结果32-34
• 2.3 讨论34-43
• 2.3.1 Al_2O_3弥散强化铜合金滞留行为分析35-39
• 2.3.2 CuCrZr合金滞留行为分析39-40
• 2.3.3 无氧铜滞留行为分析40-43
• 2.4 本章小结43-46
• 第三章 氘在Al_2O_3弥散强化铜合金中的渗透行为研究46-59
• 3.1 氢同位素的气相渗透46-50
• 3.1.1 渗透率Φ的理论推导46-47
• 3.1.2 扩散系数D的理论推导47-49
• 3.1.3 阿累尼乌斯(Arrhenius)经验公式与标定49-50
• 3.2 氘气驱动渗透实验方法50-54
• 3.3 氘气驱动渗透实验结果54-55
• 3.4 讨论55-58
• 3.5 本章小结58-59
• 第四章 结论59-61
• 4.1 全文总结59-60
• 4.2 论文创新点60
• 4.3 工作展望60-61
• 参考文献61-68
• 致谢68-70
• 攻读学位期间发表的学术论文70

【参考文献】

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本文编号：876624