本文選題：氧同位素滲透阻擋涂層 + 核聚變��； 參考：《北京科技大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：在受控核聚變能領(lǐng)域,氫同位素滲透阻擋涂層用于阻擋氫同位素的滲透和泄露,以避免由此引起的結(jié)構(gòu)材料氫損傷、資源浪費(fèi)及核污染等安全事故。本研究針對(duì)Er2O3涂層、Al2O3涂層、Y2O3涂層、Cr2O3涂層等幾種典型氧化物涂層氫同位素滲透阻擋性能以及在高溫氫同位素服役環(huán)境中的穩(wěn)定性展開(kāi)研究,主要結(jié)論如下：(1)磁控濺射方法制備的0.2μm Er2O3涂層在600～300℃的氘滲透阻擋因子(D-PRF)為10-30。然而,由于氘原子的侵入,隨著厚度的增加,Er203涂層開(kāi)始出現(xiàn)剝落,D-PRF逐漸減�。寒�(dāng)涂層厚度達(dá)到0.8 gm時(shí),涂層已經(jīng)基本失去氘滲透阻擋能力。(2)溶膠凝膠方法制備了0.2 μm納米晶Er2O3涂層,其D-PRF在600～300-℃為60～80,而且經(jīng)過(guò)五次同樣的氘氣滲透,其D-PRF仍然保持穩(wěn)定。經(jīng)過(guò)700℃氫氣環(huán)境退火處理128 h,納米晶Er2O3涂層晶粒未出現(xiàn)長(zhǎng)大現(xiàn)象,涂層顯微形貌、物相組成、膜結(jié)合力和納米硬度等基本保持穩(wěn)定。但是,Er2O3涂層絕緣電阻率由8.6×109 Ω.cm最終降低到3.3×106 Ωm并趨于穩(wěn)定。這主要是因?yàn)樵诟邷貧錃猸h(huán)境中退火處理時(shí),氧脫附而形成的氧空位和氫原子的侵入在禁帶形成了雜質(zhì)能級(jí)。(3)磁控濺射法制備的0.2μm Al2O3涂層經(jīng)過(guò)600℃真空退火后,其在600～300℃的D-PRF值為30～50。涂層厚度由0.2 μm增加到1.6 μm時(shí),D-PRF并沒(méi)有成比例增長(zhǎng),這主要是因?yàn)锳l2O3涂層表面存在一個(gè)高的能量勢(shì)壘。當(dāng)0.2μm Al2O3涂層退火溫度上升到700℃時(shí),其在600～300℃的D-PRF上升到50-80,這可能是因?yàn)锳l2O3涂層的晶粒長(zhǎng)大所引起的。但是,當(dāng)Al2O3涂層的真空退火溫度達(dá)到800℃時(shí),由于涂層中形成了MnCrO3和Mn3O4兩種新物相,為氘原子的滲透提供了快捷通道,涂層的D-PRF驟降到8的水平。(4)對(duì)于磁控濺射法制備的Y2O3涂層,隨700℃氫氣環(huán)境退火處理時(shí)間的增加,Y2O3涂層的顯微形貌逐漸變得平滑,涂層擇優(yōu)取向由(222)逐漸向(400)轉(zhuǎn)變,膜基結(jié)合力逐漸減弱并最終趨于穩(wěn)定,涂層的顏色由棕色變?yōu)榛疑?涂層的絕緣電阻率由8.2×109 Ω·cm降低了兩個(gè)數(shù)量級(jí)并最終趨于穩(wěn)定。(5)0.2 pm的Cr2O3涂層在600～300℃的D-PRF值為6-12；經(jīng)過(guò)氘氣滲透后涂層已經(jīng)出現(xiàn)破裂,這些破裂的區(qū)域?yàn)殡臐B透提供快速通道,使涂層的氫同位素滲透阻擋能力降低。由于氫原子的侵入,經(jīng)過(guò)700℃氫氣環(huán)境退火處理后,Cr2O3涂層中晶粒原有的擇優(yōu)生長(zhǎng)方向遭到破壞,涂層表面顯得疏松；納米硬度隨退火處理時(shí)間的增加有所降低。通過(guò)對(duì)以上幾種典型氧化物涂層氫同位素滲透阻擋性能及其在高溫氫同位素服役環(huán)境中的穩(wěn)定性研究,使幾種典型氧化物氫同位素滲透阻擋涂層的研究更加系統(tǒng)化；通過(guò)歸納分析,進(jìn)一步明確了氧化物涂層的氫同位素滲透阻擋性能影響因素及影響機(jī)理,以及其在高溫氫同位素服役環(huán)境中結(jié)構(gòu)、性能的變化規(guī)律及機(jī)理。為制備高性能、高可靠性的氧化物氫同位素滲透阻擋涂層提供了實(shí)踐和理論支持。
[Abstract]:In the field of controlled nuclear polymerization, hydrogen isotope permeation barrier coatings are used to prevent the leakage and permeability of hydrogen isotopes in order to avoid such safety accidents as hydrogen damage, waste of resources and nuclear pollution. In this paper, the hydrogen isotope permeation barrier properties of several typical oxide coatings, such as er _ 2O _ 3 coating, Al _ 2O _ 3 coating, Y _ 2O _ 3 coating and Cr _ 2O _ 3 coating, and their stability in high temperature hydrogen isotope service environment are studied. The main conclusions are as follows: (1) the deuterium permeation barrier factor (D-PRF) of 0.2 渭 m er _ 2O _ 3 coating prepared by magnetron sputtering is 10-30 at 600 鈩，

本文編號(hào)：2050565