离子辐照条件下Ti3AlC2的损伤机理研究
第３７卷第６期 硅 酸 盐 通 报 Ｖｏl .３７ Ｎｏ.６２０１８年６月 ＢＵＬＬＥＴIＮOＦＴＨＥＣＨIＮＥＳＥＣＥＲＡＭIＣＳOＣIＥＴＹ Ｊｕｎｅ,２０１８
离子辐照条件下Ｔｉ３ＡｌＣ２的损伤机理研究
刘 可１
,凤 仪１
,黄晓晨１
,张竞成２
,钱 刚２
,宋炤坤
１
(１.合肥工业大学材料科学与工程学院,合肥 ２３０００９;２.合肥工业大学分析测试中心,合肥 ２３０００９)
摘要:研究常温下Ｈｅ离子辐照对Ｔｉ３ＡlＣ２材料形貌和结构的影响并对其机理进行了分析。采用能量为７０ｋｅＶ,剂量为１×１０１７
ｉｏｎｓ/ｃｍ２
,位移损伤峰值为１６.４ｄｐａ的Ｈｅ离子注入Ｔｉ３ＡlＣ２材料;发现Ｔｉ３ＡlＣ２材料辐照损伤和Ｈｅ离
子浓度有关,随着Ｈｅ离子浓度增大,辐照损伤程度越大;Ｔｉ３ＡlＣ２材料经过Ｈｅ离子辐照后产生会有孔洞、凸起和氦气泡产生;与此同时,Ｔｉ３ＡlＣ２结构上发生ɑ相到β相的转变,并对Ｔｉ３ＡlＣ２材料的损伤机理进行分析。关键词:Ｔｉ３ＡlＣ２;离子辐照;离子浓度;损伤中图分类号:ＴＱ１７４.１
文献标识码:Ａ
文章编号:１００１-１６２５(２０１８)０６-１８４１-０６
ＤａｍａｇｅＭｅｃｈａｎｉｓｍｓｏｆＴｉ３ＡｌＣ２ｂｙＩｏｎＩｒｒａｄｉａｔｉｏｎ
LIU Ke １
,FENG Yi １
,HUANG Xiao -chen １
,ZHANG Jing -cheng ２
,QIAN Gang ２
,SONG Zhao -kun
１
(１.Ｓｃｈｏｏl ｏｆＭａｔｅｒｉａl ａｎｄＳｃｉｅｎｃｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ,ＨｅｆｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏlｏｇｙ,Ｈｅｆｅｉ２３０００９,Ｃｈｉｎａ;
２.ＣｅｎｔｅｒｏｆＴｅｓｔｉｎｇａｎｄＡｎａlｙｓｉｓ,ＨｅｆｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏlｏｇｙ,Ｈｅｆｅｉ２３０００９,Ｃｈｉｎａ)
基金项目:国家自然科学基金(５１５７１０７８)
作者简介:刘 可(１９９３-),男,硕士研究生.主要从事复合材料的研究.通讯作者:凤 仪,博士,教授.Ａｂｓｔｒａｃｔ:ＴｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆＨｅｉｏｎｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎｏｎｔｈｅｍｏｒｐｈｏlｏｇｙａｎｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＴｉ３ＡlＣ２ｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄｂｙＨｅｉｏｎｉｍｐlａｎｔａｔｉｏｎｗｉｔｈｅｎｅｒｇｙｏｆ７０ｋｅＶ,ｄｏｓｅｏｆ１×１０１７
ｉｏｎｓ/ｃｍ２
ａｎｄ１６.４ｄｐａｐｅａｋ.Iｔｗａｓｆｏｕｎｄ
ｔｈａｔｔｈｅＨｅｉｏｎｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｗａｓｒｅlａｔｅｄｔｏｔｈｅｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎｄａｍａｇｅｏｆＴｉ３ＡlＣ２ｍａｔｅｒｉａl .ＷｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｏｆｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆＨｅｉｏｎ,ｔｈｅｄｅｇｒｅｅｏｆｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎｄａｍａｇｅｏｆＴｉ３ＡlＣ２ｉｎｃｒｅａｓｅｓ.IｔｗａｓｆｏｕｎｄｔｈａｔＨｅｉｏｎｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎｒｅｓｕlｔｅｄｉｎｔｈｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｈｏlｅｓ,ｃｒａｃｋｓ,ｂｕｍｐｓ,Ｈｅｂｕｂｂlｅｓａｎｄｔｈｅｐｈａｓｅ
ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｎｔｈｅＴｉ３ＡlＣ２ｍａｔｅｒｉａl .Ｔｈｅｒｅlａｔｅｄｍｅｃｈａｎｉｓｍｗａｓａｎａlｙｚｅｄ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:Ｔｉ３ＡlＣ２;ｉｏｎｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ;ｉｏｎｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ;ｄａｍａｇｅ
１ 引 言
Ｔｉ３ＡlＣ２是三元Ｍn +１ＡＸn 系层状化合物的典型代表,其中Ｍ为过渡金属元素,Ａ主要为第III 和IＶ族元
素,Ｘ为Ｃ或Ｎ等元素,n 为１、２、３,空间群为Ｐ６３/ｍｍｃ
[１-２]
。Ｔｉ３ＡlＣ２属六方晶系,且兼具金属和陶瓷特性,受
到了材料科研工作者的关注。Ｔｉ３ＡlＣ２可以像金属一样导热、导电,同时具有相对较低的维氏硬度,有着较好的塑性、易切削加工等性能。Ｔｉ３ＡlＣ２也像陶瓷一样,具有高的熔点、强度、低密度、良好的抗氧化性能、热稳定性及耐腐蚀性。除此之外,Ｔｉ３ＡlＣ２材料具有一定的抗辐照性能,被认为是新一代核反应堆和加速器驱动次临界系统的关键材料,使其在未来聚变反应堆有广泛应用。
Ｆlｅｍ等[３]
研究Ｘｅ离子室温辐照下,位移损伤６.６７ｄｐａ时,Ｔｉ３(Ｓｉ,Ａl )Ｃ２仍然保持晶型,原子结构不改
变,说明Ｍn +１ＡＸn 材料具有良好的耐辐照性能。Ｗｈｉｔｔlｅ等[４]
研究了在２５ｄｐａＸｅ离子辐照下,Ｔｉ３ＡlＣ２材料
比Ｔｉ３ＳｉＣ２材料具有更加优秀的耐辐照性能。Ｚｈａｎｇ等[５]
用１０.３ｄｐａI 离子辐照Ｔｉ３ＡlＣ２后,观察到新相ＴｉＣ,
表面发生分解反应。Ｓｏｎｇ等
[６]
用５００ｋｅＶＨｅ离子辐照Ｔｉ３ＡlＣ２,发现当辐照剂量为３.０×１０１７
ｃｍ
-２
时新相
ＴｉＣ逐渐消失,材料表面有裂纹产生;但是继续增加剂量和ＤＰＡ时,没有出现的裂纹和损伤。Ｗａｎｇ等
[７]
在
剂量为２×１０１７
ｃｍ-２
(１０.４５ｄｐａ)时发现Ｈｅ泡,但是在剂量６×１０１７
ｃｍ-２
(３１.３５ｄｐａ)时Ｈｅ泡发生合并。
本文采用武汉大学物理学院加速器装置,采用以往研究未涉及的Ｈｅ离子辐照能量(７０ｋｅＶ),剂量(１×
万方数据