离子辐照对碳/碳复合材料微观结构的影响

发布时间：2021-08-02 19:27

　　在核反应堆中,碳/碳复合材料会受到核裂变反应产物的辐照影响,造成辐照损伤,引起材料尺寸、结构、性能等方面的变化。本论文在室温下采用30 keV的辐照能量,不同辐照剂量的He²⁺离子对碳/碳复合材料进行辐照,通过偏光显微镜和扫描电子显微镜观察样品横截面的微观结构,研究发现样品存在孔隙和裂纹,样品受到辐照后,在碳纤维和热解碳之间产生缝隙。通过原子力显微镜研究样品同一区域的粗糙度,发现辐照后样品表面变得更光滑。 

【文章来源】：广州化工. 2020,48(14)

【文章页数】：3 页

【部分图文】：

SRIM软件模拟He2+入射靶材的深度分布图

图2(a)、(b)是沥青基碳/碳复合材料的偏光显微镜图像,其中图2(a)是纤维径向的横截面,可以看出在热解碳和碳纤维之间有大量孔洞,碳纤维在石墨化高温处理后,呈现裂开的形态,热解碳可以包围碳纤维,碳纤维的直径约为70 μm;图2(b)是纤维轴向的横截面,可以清楚的看出碳纤维有断裂的现象,并且碳纤维整齐的排列在基体碳中。图2(c)、(d)是PAN基碳/碳复合材料的偏光显微镜图像,图2(c)、(d)分别是纤维径向和轴向的横截面,可以看出碳纤维整齐的排列在一起,与沥青基碳纤维不同,没有裂开的现象,纤维的直径也小很多,为7 μm左右,PAN基碳/碳复合材料是二维材料,每层碳纤维束呈90°排列,在排列的交界处有热解碳填充,同时也起到粘结剂的作用,这种排列方式增强了材料的强度。图3表示PAN基碳/碳复合材料的扫描电镜显微图,每张图像都是纤维径向的横截面,图3(a)表示辐前照的样品图像,此时碳纤维和热解碳之间的缝隙还比较小;图3(b)、(c)、(d)分别表示辐照剂量是1×1013 ions/cm2;1×1014 ions/cm2;1×1015 ions/cm2,通过比较可以看出,随着剂量的增加,碳纤维和热解碳逐渐分离,这是因为低温离子辐照会导致碳纤维和热解碳两种材料的收缩率不同,因此,在碳纤维和热解碳之间的缝隙变大。

图3表示PAN基碳/碳复合材料的扫描电镜显微图,每张图像都是纤维径向的横截面,图3(a)表示辐前照的样品图像,此时碳纤维和热解碳之间的缝隙还比较小;图3(b)、(c)、(d)分别表示辐照剂量是1×1013 ions/cm2;1×1014 ions/cm2;1×1015 ions/cm2,通过比较可以看出,随着剂量的增加,碳纤维和热解碳逐渐分离,这是因为低温离子辐照会导致碳纤维和热解碳两种材料的收缩率不同,因此,在碳纤维和热解碳之间的缝隙变大。2.2 粗糙度分析

【参考文献】：
期刊论文
[1]Ar离子辐照C/C复合材料的表面结构研究[J]. 杨静怡,闫隆,怀平.  核技术. 2014(05)

博士论文
[1]核石墨的离子辐照效应及熔盐浸渗特性研究[D]. 张宝亮.山东大学 2015

硕士论文
[1]C/C复合材料离子束辐照的微观结构表征[D]. 杨静怡.中国科学院研究生院（上海应用物理研究所） 2014



本文编号：3318137