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《四川大学》 2002年
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聚变堆第一壁保护涂层的制备研究

杨斌  
【摘要】: 聚变堆第一壁保护涂层的研究一直是国际上备受关注的课题。尽管国际上对低Z材料开展了大量的工作,取得了不少进展,但低Z材料的抗化学溅射性能较差的问题仍然没能很好克服,其原因之一是相关的机理仍然不清楚。以SiC作为低Z涂层的研究主要集中在抗中子辐照方面和对H.D.T等渗透率的测量方面,而关于SiC抗H~+辐照机理的系统研究至今尚未见文献报道。高Z材料因其高熔点和低溅射率近年来受到越来越多的关注,但是难熔材料的脆性等问题仍然是这类材料应用的一大障碍。国外W和Mo的研究主要集中在等离子体溅射引起的刻蚀,及W合金的机械性能等的研究,但国内尚未见有单位进行这方面的研究。 本工作选择C-SiC涂层作为低Z涂层研究对象,并对其抗H~+辐照机理进行了重点研究,而用W涂层作为高Z涂层的研究对象,W涂层对基体的韧性的影响进行了重点研究。 在低Z的C-SiC涂层方面进行了以下研究工作: 1.涂层工艺的研究:采用离子束混合、电子束熔融两种方法在不锈钢基体上进行了不同组分C-SiC涂层制备工艺的研究; 2.涂层的结构研究:采用SEM形貌观察研究涂层形貌特征,用XRD,TEM和Raman分析技术对各种C-SiC涂层进行了相结构的表征; 3.涂层的抗氢性能及其机理的研究:利用SIMS分析测试了各种C-SiC涂层抗H~+辐照性能,探索合适组份的C-SiC涂层;利用XPS和IR分析进行了涂层的抗氢机理的研究。 在高Z的W涂层方面进行了以下研究工作: 1.涂层工艺的研究:采用离子束混合沉积技术进行了W涂层制备工艺的研究。 二.涂层的微结构研究:采用SEM进行涂层表面形貌观察,利用XRD,Raman ’0 XPS分析技术对 W涂层进行相结构表征c 3.涂层的韧性及抗氢性能的研究:利用Charpy示波冲击试验研究了W涂 层的韧性,并研究了涂层对基体的影响。利用SIMS分析测试了W涂层的抗 H”辐照性能。 多年来的研究取得了以下几点创新成果: 1.对聚变堆第一壁保护的低Z材料CS汇涂层抗氢辐照机理研究,我们采 用XPS和IR分析技术就H对C-SIC涂层组成元素的化学键态影响这 一方面着手进行,这是一项国内外首创的尝试。 2 通过XPS和 IR分析,首次发现了与氢相关的一些结构配置,如 St(, St(H3,StK,CK,CHZ,CH3,正是这些结构形成了C习 抗氢辐照 的重要机制。 3.首次对 C七汇涂层采用离子注入N+工艺,使 C七汇涂层抗氢辐照性能 有所改善。 4.根据N离子注入C-SIC涂层抗氢性能的机理研究结果,首次提出了相关 机理假设:N取代了8 中部分C而游离出活性C,并向表面富集,而 成为C-H键合的新来源;此外,N离子与H形成N-H键,增加了与H 键合的方式,从而达到双重阻氢的作用。 5.采用离子束混合工艺制备聚变堆第一壁保护的高Z材料W涂层,这是 一项国内外首创的高Z材料涂层的新制备工艺。 6.首次对W涂层试样进行了Ch呷y示波冲击试验,发现了具有W涂层的 不锈钢韧脆转变温度在66℃一87℃的范围中;断口形貌显示高于-70 oC 时的断裂为塑性断裂c结果表明奥氏体不锈钢基体上用离子束混合 形成的W涂层不会降低基体的韧性,这为这种技术用于第一壁保护的 W涂覆提供了科学依据。
【学位授予单位】:四川大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2002
【分类号】:TG174.4

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