【摘要】：金屬玻璃具有短程有序、長程無序的原子排列方式。與傳統(tǒng)的晶體結(jié)構(gòu)材料相比,金屬玻璃沒有晶界、位錯等材料內(nèi)部缺陷,且含有大量的自由體積。金屬玻璃有可能成為聚變裝置中耐輻照材料的候選材料。然而,金屬玻璃的結(jié)構(gòu)熱穩(wěn)定性是制約其應(yīng)用的關(guān)鍵,其熱輻照損傷機(jī)理尚不清楚,對金屬玻璃進(jìn)行結(jié)構(gòu)熱穩(wěn)定性的研究很有必要。強(qiáng)流脈沖離子束技術(shù)具有高能量、短脈沖等特點(diǎn),不僅能達(dá)到核聚變裝置中的離子束輻照效果,而且能很好地模擬聚變裝置中的瞬態(tài)熱負(fù)荷效應(yīng),非常適合用來研究材料的輻照損傷,特別是對非晶材料結(jié)構(gòu)熱穩(wěn)定性的研究。本文采用加速電壓為200-240kV,脈沖寬度90ns,離子束流成分為85%C~(n+)(主要為C~+)和15%H~+的HIPIB輻照金屬玻璃Fe_(80)Si_(7.43)B_(12.57)、Ni_(62)Ta_(38),并與目前最具有前景的面向等離子體材料鎢進(jìn)行對比。輻照參數(shù)分為兩組:A.能量密度為0.2-0.3J/cm~2,脈沖次數(shù)為3次、10次、100次、300次;B.脈沖次數(shù)為3次,能量密度為0.2-0.3J/cm~2、0.8-1.3J/cm~2、1.6-2.5J/cm~2。分析輻照前后金屬玻璃和鎢的表面形貌、微觀結(jié)構(gòu)和性能的變化,研究Fe基、Ni基金屬玻璃的結(jié)構(gòu)熱穩(wěn)定性。X射線衍射表明,不同參數(shù)的HIPIB輻照后Fe_(80)Si_(7.43)B_(12.57)金屬玻璃仍然保持非晶結(jié)構(gòu)。不同脈沖次數(shù)輻照后,金屬玻璃的表面形貌沒有明顯改變,只有當(dāng)脈沖次數(shù)為300次時,Fe基金屬玻璃表面出現(xiàn)大量的圓形孔洞及少量的“凸點(diǎn)”。不同能量密度輻照后,表面沒有出現(xiàn)明顯的輻照損傷。高分辨透射電鏡(HRTEM)表明,HIPIB輻照對Fe基金屬玻璃近表面原子排列的影響較大;輻照會誘導(dǎo)金屬玻璃內(nèi)部原子的劇烈遷移和聚集,使原子排列變得不均勻;雖然局部存在有序的原子排列,金屬玻璃仍然保持非晶結(jié)構(gòu)。輻照后,金屬玻璃表面的反射率只有輕微地下降。不同脈沖次數(shù)的HIPIB輻照后Ni_(62)Ta_(38)金屬玻璃仍然保持非晶結(jié)構(gòu)不變。輻照后在距離金屬玻璃表面約700nm深度范圍內(nèi)的原子結(jié)構(gòu)排列更加無序。當(dāng)脈沖次數(shù)增加到300次時,Ni基金屬玻璃表面出現(xiàn)少量的“凸點(diǎn)”,沒有出現(xiàn)裂紋等輻照損傷現(xiàn)象。“凸點(diǎn)”的形成是由偶然發(fā)生的二極管陰極燒蝕現(xiàn)象造成的。隨著脈沖次數(shù)的增加,鎢表面由于拋磨留下的微小凹坑變大。隨著能量密度的增加,鎢表面出現(xiàn)了大量的裂紋、“火山狀”熔坑,甚至脫落現(xiàn)象。不同參數(shù)的HIPIB輻照后,鎢的衍射峰均向高角度偏移,鎢內(nèi)部存在殘余壓應(yīng)力的積累。輻照后鎢的表面反射率和納米硬度均有不同程度的下降。對于金屬玻璃,脈沖次數(shù)對其結(jié)構(gòu)和性能的影響比能量密度的大;對于晶體材料鎢,能量密度比脈沖次數(shù)對其結(jié)構(gòu)和性能的影響明顯。Fe基、Ni基金屬玻璃具有良好的抗熱輻照性能和結(jié)構(gòu)熱穩(wěn)定性。這將對聚變裝置中耐輻照材料的選擇有非常重要的參考價值。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG139.8

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2624128