《新型反應堆侯選結構材料及其抗輻照特性》是依託復旦大學，由施立群擔任項目負責人的重大研究計畫。
基本介紹
- 中文名：新型反應堆侯選結構材料及其抗輻照特性
- 依託單位：復旦大學
- 項目類別：重大研究計畫
- 項目負責人：施立群
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
納米層狀晶體結構的三元化合物MAX 相是一種新型的高性能綜合性金屬陶瓷材料，在未來反應堆材料中具有潛在的重要套用特性，是一種重要的候選結構材料。本項目擬對典型MAX 相材料在高溫高通量中子輻照環境下的損傷特性進行實驗模擬研究和直接同步的中子輻照實驗研究。套用建立的自輻照離子與H, He的協同作用模擬系統，研究MAX 相材料在不同溫度範圍和不同的氫氦產額（appm）/損傷劑量（dpa）比下移位缺陷與氦原子及氫的相互作用以及對材料微觀結構和力學特性的影響。結合中子輻照實驗和理論計算，了解MAX 相材料在高溫高通量中子輻照移位損傷及其嬗變產物氫、氦的協同作用下的抗輻照損傷特性，並對其套用性能進行評估。
結題摘要
Ti3SiC2 MAX相材料被認為是一種潛在的聚變堆候選結構材料，本項目首次開展了自離子C、Si以及氫氦離子對Ti3SiC2 MAX相的輻照損傷研究 （中子輻照後由於放射性，至今還不能進行分析）。採用離子束分析、同步輻射X射線衍射、掃描電鏡、透射電鏡、Raman譜等分析技術對輻照損傷材料進行了分析研究，取得了以下重要階段性結果： 1.離子注入在晶體內產生的損傷呈各向異性，隨輻照劑量的增加，MAX相晶體無序度增加，表層損傷效應最嚴重； 2.離子輻照使MAX相分解，生成了TiC納米晶相。當輻照溫度大於一定值（200度）時，就無分解相TiC產生；缺陷同時的產生與退火效應是遠不同於輻照後退火。在所調查的溫度範圍內，存在一局部最低損傷溫度350度。這是不同溫度下移位級聯中不同類型的缺陷產生、複合、遷移和聚集共同作用的結果。而850 度高溫下，損傷大大降低，且晶體損傷均勻； 3.氦輻照損傷實驗和氦行為第一原理計算表明，氦極易與空位結合而穩定缺陷，並在Si層附近通過HemVn複合體長大成泡，因而相對其他離子有更大的損傷效應。氫可一定程度地阻止氦擴散聚焦，而減緩氦損傷。 4.納米壓痕實驗說明，在850 度 C離子高溫輻照下材料的損傷幾乎完全恢復，壓痕角落無裂紋，有明顯的納米層狀滑移帶產生。展示了很好的高溫 抗損傷特性。氦輻照使材料脆性增加，壓痕裂紋產生，這與第一原理計算相符，氫進一步增加材料氦脆性。 5.力學拉伸模擬計算研究發現He的溶入加速該材料在基面的劈裂斷裂使臨界斷裂應力降低，Ti3SiC2斷裂面與He在該晶體內所處的位置沒有關係。在施加拉伸應力的條件下，斷裂面都將發生在Si-Ti層面。該結果合理解釋了實驗觀察到的隨著He的注入，微裂紋產生的實驗現象。
