《Cr2AlC 211 型MAX相薄膜的合成及抗輻照損傷特性》是依託復旦大學，由施立群擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：Cr2AlC 211 型MAX相薄膜的合成及抗輻照損傷特性
- 依託單位：復旦大學
- 項目類別：面上項目
- 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Cr2AlC 是一種211型MAX 相材料，結合了陶瓷和金屬材料特性，相對於Ti3SiC2、Ti3AlC2 M3AX2相材料，具有更好的高溫氧化和腐蝕阻力、高溫穩定性以及薄膜沉積特性，在未來反應堆材料中具有潛在的套用可能性。本項目在探索低溫度條件下不同性質基體上濺射沉積Cr2AlC MAX相薄膜的基礎上，提出對211相Cr2AlC薄膜材料在高溫高通量中子輻照環境下的輻照損傷特性進行實驗模擬研究。套用自輻照離子及與H, He的協同作用，比較研究Cr2AlC、Ti2AlC和Ti3AlC2材料在不同溫度範圍移位缺陷與氦和氫原子間的相互作用以及對材料微觀結構和力學及摩擦學特性的影響，以了解該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
納米層狀晶體三元化合物Cr2AlC和Ti2AlC 211型MAX 相材料，結合了陶瓷和金屬材料特性，在未來反應堆材料中具有潛在的套用可能性。本項目使用射頻磁控反應濺射法在相對低的沉積溫度下製備了Cr2AlC和Ti2AlC單相薄膜。當沉積溫度為480℃時，在Al2O3(0001)基底上得到高結晶度的純相Cr2AlC；而在MgO(100)基體，可在615℃生長出緻密的純相Ti2AlC薄膜。用100 keV的He離子對上述薄膜樣品進行了不同劑量的輻照，輻照對晶體造成損傷，並導致微觀上缺陷的產生和相結構的變化。對於Cr2AlC，當劑量為5E15/cm2時已有62%的MAX相形成了γ- Cr2AlC 相（一種晶格結構中部分原子排列顯得部分無序的(Cr,Al)2Cx晶體），在1E17/cm2時幾乎全部轉化成相。然而，該種損傷在750℃退火下就能完全恢復。而Ti2AlC薄膜輻照後衍射峰發生了明顯的位移和增寬，但無TiC，Ti3AlC雜質相產生，這說明Ti2AlC晶體具有較強的耐He離子輻照能力。輻照樣品的納米壓痕測量實驗表明，輻照後其硬度和楊氏模量都隨劑量發生了顯著的增大，這是由於輻照導致的大量微觀缺陷引起。然而，不同於Ti2AlC，Cr2AlC薄膜由於γ- Cr2AlC 相的形成，在1E16/cm2時硬度開始下降。使用700keV Si離子對輻照前後的Cr2AlC,Ti2AlC和Ti3AlC2進行了抗電化學腐蝕性能試驗（H2SO4溶液）。輻照後Cr2AlC的耐腐蝕性稍有降低，但鈍化區寬度增大，而Ti2AlC輻照後樣品的電化學極化曲線發生了負移，但自腐蝕電流密度和維鈍電流密度更低。對於Ti3AlC2輻照之後材料的抗腐蝕性能增強。 還對Ti3SiC2、Ti2AlC和Cr2AlC MAX相材料進行了高溫輻照實驗。高溫輻照導致了Ti3SiC2 從α到β相的轉變，同時也出現了少量的TiC分解相，即使在750℃下，輻照仍然產生了較為嚴重的損傷，並有非常扁平的He泡（退火只有在1000℃左右的高溫下才能形成）產生。而室溫輻照後的750℃退火能取得很好損傷恢復。對於Ti2AlC和Cr2AlC的高溫輻照，溫度越高He輻照對Ti2AlC和Cr2AlC造成的損傷越小，750℃時已有更好的輻照損傷修復能力. 在理論上，我們採用密度泛函理論（DFT）計算計算了He 在Cr2AlC中的存在和擴散行為.
