【摘 要】
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本文以Cu-W合金为模型,利用加速器产生的高能重离子模拟辐照损伤,研究晶界与界面对于纳米晶体材料抗辐照损伤和蠕变性能的影响.高能辐照诱发Cu-W过饱和基体中析出均匀分布的高密度w纳米颗粒(2～3nm)可有效地钉扎住Cu的晶界,在约700℃退火数小时后基体晶粒无明显长大.高分辨(HREM)和球差校正(STEM)透射电镜分析表明,辐照诱发的w纳米颗粒与基体Cu晶粒存在高度的晶体学趋向关系Cu＜220＞
【机 构】
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中国科学院金属研究所,功能薄膜与界面研究部,辽宁沈阳110016 Racah Institute
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本文以Cu-W合金为模型,利用加速器产生的高能重离子模拟辐照损伤,研究晶界与界面对于纳米晶体材料抗辐照损伤和蠕变性能的影响.高能辐照诱发Cu-W过饱和基体中析出均匀分布的高密度w纳米颗粒(2～3nm)可有效地钉扎住Cu的晶界,在约700℃退火数小时后基体晶粒无明显长大.高分辨(HREM)和球差校正(STEM)透射电镜分析表明,辐照诱发的w纳米颗粒与基体Cu晶粒存在高度的晶体学趋向关系Cu＜220＞ⅡW＜0l0＞(Bain取向关系),Cu/W界面为共格和半共格结构,界面密度随着w含量的升高而增加.经约70dpa剂量辐照后,w颗粒和Cu晶粒均无明显粗化,无可观测的位错网络、空位团、孔洞等典型的辐照损伤缺陷.原位(in-situ)辐照蠕变力学性能研究揭示,300℃时的辐照蠕变Compliance约为3×10-5dpa-1·MPa-1与ODS钢的性能相近(14Cr-ODS-1×10-5dpa-1·MPa-1).理论分析和分子动力学模拟研究发现,w在Cu中具有很低的扩散系数使w纳米颗粒在高温下聚集长大的动力学过程缓慢,Cu/W不是理想的吸收辐照损伤缺陷界面.在辐照和受载荷条件下产生的点缺陷流向晶界是Cu/W纳米晶体材料发生蠕变的主要机制,w纳米颗粒的主要作用在于阻止晶粒长大,稳定Cu纳米晶界,而高度稳定的晶界起到了吸收辐照损伤点缺陷,抑制其他形式辐照缺陷的作用,这些结果为进一步研究晶界/界面性质对于提高纳米晶体材料抗辐照损伤性能具有重要的意义.
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