晶粒尺寸与掺杂金属镓对铝中氦行为的影响

发布时间：2024-03-17 03:30

　　随着社会发展对清洁能源的需要,核能源已经成为具有代表性的新能源之一。然而其结构材料由于暴露在极端环境中,将会受到大量粒子的冲击造成辐照损伤,产生空位和间隙原子等离位缺陷以及杂质原子(氦)。大部分辐照空位可自发地得以恢复,而氦(He)原子属于满壳层电子结构的惰性原子,不与任何金属原子结合。可以预见,金属中若存在着这些与基体原子不相容的外来氦原子,其自身聚集长大,或与空位等缺陷的相互作用,必将导致材料不可恢复的损伤。如何有效提高材料的抗辐照性能是目前面临的一大挑战。铝及其合金作为聚变堆的阻氘涂层,研究其中的氦行为具有工程和科学意义。本文从晶粒尺寸效应和掺杂金属镓两个方面出发,分别制备了不同晶粒尺寸的铝(Al)和相同晶粒尺寸的铝及铝镓样品(Al-1.8 at.%Ga),并对这些样品在室温下进行了氦等离子体辐照,辐照能量为50 eV,辐照剂量为1.8×1024 He/m2。结合X射线衍射(XRD)、电子扫描显微镜(SEM)、慢束正电子湮没(SPAS)、透射电镜(TEM)、热脱附谱(TDS)等多种分析测试手段,来探索晶粒尺寸效应及金属镓掺杂对铝中氦行为的影响。通过分析实验结果,本工作取得的主要结...

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摘要
Abstract
第一章 材料中氦、氘行为研究进展
    1.1 研究背景
    1.2 研究现状
        1.2.1 合金元素的影响
        1.2.2 晶界的影响
        1.2.3 铝中氢行为研究进展
    1.3 本文主要研究内容
第二章 实验及原理
    2.1 样品制备
        2.1.1 铝原材料
        2.1.2 铝镓合金
    2.2 实验方法与原理简介
        2.2.1 样品准备
        2.2.2 金相
        2.2.3 离子束辐照的三维蒙特卡罗方法(IM3D)模拟以及辐照实验参数的选择
        2.2.4 等离子体辐照
        2.2.5 氦离子注入
        2.2.6 慢束正电子湮没(slow positron annihilation,SPAS)
        2.2.7 扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)
        2.2.8 聚焦离子束技术(Focused ion beam FIB)
        2.2.9 球差透射电子显微镜(STEM)
        2.2.10 X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)
        2.2.11 X射线光电子能谱分析(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)
        2.2.12 热脱附谱(thermal desorption spectroscopy,TDS)
第三章 晶粒尺寸对铝中氦行为影响研究
    3.1 铝样品的初始状态
        3.1.1 多晶铝的微观形貌的金相及扫描电镜分析
        3.1.2 多晶铝的表面氧化膜
    3.2 晶粒尺寸对铝中氦行为的影响
        3.2.1 多晶铝的XRD分析
        3.2.2 晶粒尺寸对氦辐照后表面形貌的影响
        3.2.3 不同晶粒尺寸Al的正电子湮没测试
        3.2.4 晶粒尺寸对铝中氦热脱附行为的影响
    3.3 小结
第四章 镓对铝中氦行为的影响
    4.1 样品的初始状态
        4.1.1 铝稼合金成分及微观形貌分析
        4.1.2 铝镓合金的XRD分析
    4.2 氦等离子体辐照后Al-Ga合金的表面形貌
    4.3 镓对铝中氦热脱附行为影响
    4.4 Al及Al-1.8 at.%Ga的正电子湮没分析
    4.5 Al-1.8 at.%Ga合金中氦行为的TEM分析
    4.6 小结
第五章 铝中氘行为研究
    5.1 氘辐照深度分析
        5.1.1 氘辐照后表面氧化膜厚度
        5.1.2 氘辐照铝中微观缺陷分析
    5.2 铝中氘的热脱附能
    5.3 氘辐照后的微观形貌
    5.4 小结
第六章 结论与展望
    6.1 本文主要结论
    6.2 本文研究特色
    6.3 下一步工作展望
致谢
参考文献
附录



本文编号：3930444