為了確保聚變堆中的氚自持和環(huán)境安全性,氚增殖包層及其輔助涉氚系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)材料必須具有盡可能低的氚滲透率。除了可靠的氚包容和涉氚系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)外,阻氚涂層是減少氚通過結(jié)構(gòu)材料向其它系統(tǒng)及環(huán)境滲透的有效措施之一。因具有滲透率降低因子（PRF）高、熱失配小、冶金結(jié)合、相容性好及自修復(fù)性能等優(yōu)點(diǎn),FeAl/Al2O3型鋁化物涂層成為多國(guó)氚增殖包層的首選阻氚涂層。然而,與涂層的體相性質(zhì)相比,在實(shí)際應(yīng)用中鋁化物阻氚涂層的性能常常低于預(yù)期�？赡艿脑蚴卿X化物涂層中存在合金化效應(yīng),包括基底效應(yīng)和摻雜效應(yīng)。然而,目前鋁化物阻氚涂層研究主要集中在涂層的制備工藝研發(fā)及性能優(yōu)化階段,且涂層的制備僅在有限幾種鋼基底上展開,還未系統(tǒng)深入地研究鋼基底本身的材料特征包括所含合金元素、微觀組織結(jié)構(gòu)等對(duì)涂層的影響及相關(guān)機(jī)理。鑒于此,本論文首先從實(shí)驗(yàn)上系統(tǒng)地研究了不同Cr鋼基底表面鋁化物阻氚涂層的形成過程及阻氘滲透性能,證實(shí)了鋁化物阻氚涂層中存在基底效應(yīng),并探討了基底效應(yīng)的來源及影響因素。其次,從理論上研究了鋼基底材料中最主要的合金元素Cr對(duì)鋁化物阻氚涂層主要功能部分即A1203中的缺陷化學(xué)及H在材料中的存在形式和輸運(yùn)行為的影... 

【文章來源】：中國(guó)工程物理研究院北京市

【文章頁數(shù)】：111 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

圖１．１典型鉛化物阻氣涂層的結(jié)構(gòu)模型??鉛化物ＴＰＢ涂層的制備通常包含鉛化和氧化兩個(gè)步驟ＰＳ’ｗｉ：前者是通過侶源中的Ａ１??

這一點(diǎn)ｔｓｕ。因此，在鉛化物阻氣涂層中，Ａｋ〇３中（包括表面和體相）氨的輸運(yùn)主導(dǎo)了??氨的滲透過程。第一性原理研究ｆ４２’８２＇表明，在熱力學(xué)上，ａ－Ａｌ２〇３阻氨滲透的主要原因??可歸于平衡狀態(tài)下ａ－Ａｌ２〇３中極低的巧＋濃度；而在動(dòng)力學(xué)上（見圖１．２），在鉛化物阻??氣涂層通常工作溫度范圍內(nèi)（５００－７００?°Ｃ），當(dāng)滲透壓力高于１７ｋＰａ時(shí)，氨原子圍繞??ａ－Ａｌ２〇３化１〇２）面第３原子層的氧原子的旋轉(zhuǎn)阻滯了氨滲透過程；當(dāng)壓力低于１?ｋＰａ??時(shí)，氨分子在（Ｘ－ＡＩ２Ｏ３?Ｕ－１０２）面第２及第４原子層的鉛原子間位置的極性解離阻滯了??氨滲透過程。然而，Ａｂ〇３表面和體相中原子的輸運(yùn)性質(zhì)均強(qiáng)烈受制于其缺陷化學(xué)包括??雜質(zhì)化學(xué)ｔｗ’Ｗ。雜質(zhì)，即使其濃度僅在ｐｐｍ量級(jí)，也將主導(dǎo)ａ－Ａｌ２〇３的雜質(zhì)化學(xué)ｔＭ’ｓＷ。??因此，有理由相信氯同位素在ＡＩ２Ｏ３中的滲透行為將因雜質(zhì)的存在發(fā)生很大改變。對(duì)于??Ａｌ２〇３材料，由于其表面氨的具體吸附狀態(tài)、表面及體相的缺陷化學(xué)及雜質(zhì)對(duì)缺陷化學(xué)??的影響等還未進(jìn)行系統(tǒng)深入地研究，即使結(jié)合上述可能的作用機(jī)理，仍不能很好的揭示??其阻氨滲透機(jī)理。??！?－Ｂ－Ｏ．ＺｋＰａ?．?：??｝：：：?：??Ｙ?／／?Ｘｄｉｆｆｕｓｔｏｎ?Ｉ??１Ｅ－１２．?＾?／?１??３００?４００?５００?朗０?７００?８００?９００?１０００??Ｔ．Ｋ??圖１．２?ａ－Ｍ〇３中氨原子的擴(kuò)散速率ｒＨ與溫度和壓力的關(guān)系（為氨分子的解離速率）Ｐ２１??１３錯(cuò)化物臟氣涂層的制備技術(shù)??隨著現(xiàn)代科技的進(jìn)步

效控制涂層的成分和微觀結(jié)構(gòu)。Ｕｅｋｉ等用ＳＧ技術(shù)在ＳＵＳ３０４不誘鋼表面制備了約１００??＾ｍｌ厚的Ａｌ２０３涂層，該涂層具有凹凸型表面，且與基底為物理結(jié)合，故結(jié)合力相對(duì)較弱，??如圖１．３所示。Ｗａｎｇ等［＂］采用ＳＧ技術(shù)在ＦｂＣｒ－Ａｌ合金表面制備了厚度均勻、無裂紋的??Ａｂ＆涂層。該涂層可能對(duì)防氣滲透有效，但還未經(jīng)實(shí)驗(yàn)證實(shí)。有意思的是，ＳＧ技術(shù)制??得的Ａｌ２〇３涂層的晶體結(jié)構(gòu)隨制備溫度而變ＵＳＩ。在５００?°Ｃ時(shí)涂層是無定形結(jié)構(gòu)，而在??６５０?°Ｃ時(shí)為Ｙ－ＡＩ２Ｏ３，當(dāng)溫度升高到１１００?°Ｃ時(shí)，又轉(zhuǎn)化為ａ－ＡｂＯｓ＾�？梢�，在阻氣涂層??制各方面，ＳＧ技術(shù)有很好的應(yīng)用前景，但還需考慮所制涂層的阻氣性能。??ｍＯｍ??圖１．３?ＳＧ方法制備Ｍ０３涂層的典型截面形貌ｉｗ＇??１．３．８其它制備技術(shù)??金屬有機(jī)沉積（Ｍｅｔａｌ?ｃｎ＾ｇａｎｉｃ?ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ，?ＭＯＤ）技術(shù)是在傳統(tǒng)ＳＧ技術(shù)上改進(jìn)??而來的，它是將金屬有機(jī)化合物溶解于有機(jī)溶劑中，然后用勻膠機(jī)、浸潰提拉、噴涂等??方法把溶液涂在襯底上，經(jīng)過加熱使有機(jī)物揮發(fā)成無機(jī)膜，最后高溫結(jié)晶。與ＳＧ技術(shù)相??比

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本文編號(hào)：3546703