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SiC及SiCf/SiC复合材料具有高温强度高、低活化，相对低的中子吸收和抗辐照的优势而成为轻水堆包壳材料的候选材料。评估SiC及SiCf/SiC复合材料在辐照条件下的微观结构及力学性能是其在反应堆中应用的前提。
本文在320℃使用Si2+和He++Si2+辐照单晶4H-SiC和SiCf/SiC复合材料。采用扫描电子显微镜(SEM)和拉曼光谱来研究辐照对单晶4H-SiC和SiCf/SiC微观形貌和结构的影响，采用纳米压痕实验研究辐照对单晶4H-SiC和SiCf/SiC复合材料硬度和弹性模量的影响。同时采用分子动力学模拟的方法建立以SiC(100)、(110)和(111)晶面连接石墨的三种复合SiC/C模型，分别使用14和28个硅原子作为PKA模拟辐照对SiC/C模型缺陷分布和界面力学性能的影响。主要结论如下：
1．单晶4H-SiC的离子辐照效应
拉曼光谱显示辐照后出现同核Si-Si键和同核C-C键，与Si-C键相关的E2(TO)和A1(LO)峰发生偏移并展宽，结晶度变差。纳米压痕的结果表明，离子辐照后钉扎效应导致4H-SiC硬度上升，由于4H-SiC发生膨胀导致弹性模量下降。
2．SiCf/SiC复合材料的辐照效应
拉曼光谱显示辐照后纤维和基体出现与单晶4H-SiC类似的同核Si-Si键，与Si-C键相关的TO和LO两峰发生偏移并展宽，结晶度变差。纳米压痕的结果表明，Si2+辐照后由于钉扎效应纤维和基体硬度上升，基体晶格发生膨胀，弹性模量下降，纤维可能发生收缩，弹性模量上升。He++Si2+辐照后力学性能表现与Si2+辐照不尽相同，这可能是氦泡的作用。单纤维顶入实验表明离子辐照后界面剪切强度上升，这可能是辐照导致的界面混合效应造成的。
3．SiC/C的分子动力学模拟
辐照后，界面处SiC结构被破坏，界面处存在一定数量的间隙原子，SiC和C在界面处形成原子混合区域。随着PKA数量的增加，SiC内的间隙原子和空位数量增加，空位更偏向于形成空位簇。无辐照时(110)模型界面能最低，脱粘位置和强度最高。辐照后，(100)和(110)模型的脱粘位置和强度增加，这在高PKA时表现更为明显。对于(111)模型，在14PKA时，脱粘位置和强度与未辐照时接近，在28PKA时，脱粘位置和强度明显增加。
本文在320℃使用Si2+和He++Si2+辐照单晶4H-SiC和SiCf/SiC复合材料。采用扫描电子显微镜(SEM)和拉曼光谱来研究辐照对单晶4H-SiC和SiCf/SiC微观形貌和结构的影响，采用纳米压痕实验研究辐照对单晶4H-SiC和SiCf/SiC复合材料硬度和弹性模量的影响。同时采用分子动力学模拟的方法建立以SiC(100)、(110)和(111)晶面连接石墨的三种复合SiC/C模型，分别使用14和28个硅原子作为PKA模拟辐照对SiC/C模型缺陷分布和界面力学性能的影响。主要结论如下：
1．单晶4H-SiC的离子辐照效应
拉曼光谱显示辐照后出现同核Si-Si键和同核C-C键，与Si-C键相关的E2(TO)和A1(LO)峰发生偏移并展宽，结晶度变差。纳米压痕的结果表明，离子辐照后钉扎效应导致4H-SiC硬度上升，由于4H-SiC发生膨胀导致弹性模量下降。
2．SiCf/SiC复合材料的辐照效应
拉曼光谱显示辐照后纤维和基体出现与单晶4H-SiC类似的同核Si-Si键，与Si-C键相关的TO和LO两峰发生偏移并展宽，结晶度变差。纳米压痕的结果表明，Si2+辐照后由于钉扎效应纤维和基体硬度上升，基体晶格发生膨胀，弹性模量下降，纤维可能发生收缩，弹性模量上升。He++Si2+辐照后力学性能表现与Si2+辐照不尽相同，这可能是氦泡的作用。单纤维顶入实验表明离子辐照后界面剪切强度上升，这可能是辐照导致的界面混合效应造成的。
3．SiC/C的分子动力学模拟
辐照后，界面处SiC结构被破坏，界面处存在一定数量的间隙原子，SiC和C在界面处形成原子混合区域。随着PKA数量的增加，SiC内的间隙原子和空位数量增加，空位更偏向于形成空位簇。无辐照时(110)模型界面能最低，脱粘位置和强度最高。辐照后，(100)和(110)模型的脱粘位置和强度增加，这在高PKA时表现更为明显。对于(111)模型，在14PKA时，脱粘位置和强度与未辐照时接近，在28PKA时，脱粘位置和强度明显增加。