文章目录
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景
1.2 Cu/Nb纳米多层复合薄膜研究进展
1.2.1 Cu/Nb纳米多层复合薄膜的抗辐照性能研究
1.2.2 Cu/Nb纳米多层复合薄膜的制备工艺研究
1.3 辐照损伤的动力学模拟研究进展
1.4 主要研究目的与内容
2 薄膜制备、表征及蒙特卡罗模拟
2.1 薄膜制备表征
2.1.1 实验设备
2.1.2 实验流程
2.1.3 实验参数
2.1.4 实验分析方法
2.2 蒙特卡罗模拟
2.2.1 SRIM模拟参数
2.2.2 SIMTRA模拟参数
2.2.3 MMon Ca模拟参数
3 Cu/Nb纳米多层复合薄膜工艺控制及性能表征
3.1 微脉冲开启时间(τon)对Cu/Nb薄膜放电参数的影响
3.2 微脉冲开启时间(τon)对Cu/Nb薄膜微观结构的影响
3.3 Cu/Nb薄膜电、力学性能分析
3.4 本章小结
4 Cu/Nb纳米多层复合薄膜的抗辐照性能
4.1 质子辐照后Cu/Nb薄膜微观结构分析
4.2 质子辐照后Cu/Nb薄膜电、力学性能分析
4.3 本章小结
5 粒子输运及辐照效应模拟研究
5.1 粒子输运过程模拟结果
5.2 薄膜质子辐照过程模拟结果
5.2.1 辐照缺陷产生阶段模拟结果
5.2.2 辐照缺陷演化阶段模拟结果
5.3 本章小结
结论
参考文献
致谢
文章摘要:结构的纳米化是抗辐照材料设计和研究的重点,实质上是提高辐照缺陷吸收效率来增强其抗辐照性能。混合焓为正的Cu-Nb难混溶材料体系是一种优异的抗辐照材料,但沉积态的Cu-Nb薄膜常因混合焓变化形成非晶态,难以维持Cu-Nb薄膜抗辐照特异界面结构特征。本文采用高功率脉冲深振荡磁控溅射(Deep Oscillation Magnetron Sputtering,DOMS)和脉冲直流磁控溅射(Pulsed DC Magnetron Sputtering,PDCMS)复合技术制备调制周期为8 nm,总膜厚为2μm的Cu/Nb纳米多层复合薄膜这一难混溶体系,利用DOMS形成等离子体的高功率、高离化特点,研究不同微脉冲占空比控制的峰值功率对Cu/Nb纳米多层复合薄膜成分、微结构及电/力学性能影响规律,并进一步通过质子辐照实验研究了薄膜辐照前后微结构和电/力学性能变化,取得的主要结论如下:1)固定Cu靶功率为1.0 kW,调控Nb靶微脉冲开启时间由8 μs增加至13 μs,峰值功率从73.4 kW增加到115.2 kW,Nb含量从34 at.%增加到51 at.%,且形成的Cu/Nb薄膜呈调制周期为8 nm左右的纳米多层复合结构,在fcc-Cu(111)和bcc-Nb(110)衍射峰之间还形成了富Cu相的Cu/Nb衍射峰。随着τon的增加,Cu/Nb薄膜硬度由7.0GPa增加至7.8 GPa,残余应力由-17.0 MPa增加至-429.5 MPa,电阻率由80.4 μΩ*cm减少至52.8 μΩ*cm。2)经100 keV,3.6×1016/cm2的质子辐照后,Cu/Nb薄膜中Cu、Nb两相逐渐发生分离,其中Cu66Nb34薄膜两相完全分开,但内部并未观测到明显的离位现象,仍保持纳米多层复合结构。这可能是由于Cu/Nb薄膜微结构的变化主要受辐照时的热峰效应影响,离位产生的影响很小。辐照后薄膜的硬度和电阻率也在热峰效应作用下呈递增趋势。3)基于蒙特卡罗方法,采用SRIM、SIMTRA软件对比研究了 DOMS和PDCMS工艺的粒子输运过程。Cu的溅射产额比Nb高,Cu溅射产额为1.83 atoms/ion,Nb为0.31 atoms/ion;Nb 比Cu的沉积能量高,沉积Cu粒子能量为42 eV-49 eV,沉积Nb粒子能量为51.1-58.1 eV。这与实验中采用PDCMS提高薄膜整体沉积速率,DOMS调控沉积粒子能量以制备晶态结构的Cu/Nb薄膜相一致。4)基于动力学蒙特卡罗方法,采用SRIM、MMonCa软件研究了质子辐照后的损伤效应,同样发现质子辐照产生的离位效应较小,损伤值最大为0.45 dpa。为了进一步探究辐照时热峰效应的影响,模拟了纯Cu和纯Nb介质的长时间退火过程,发现升温会导致材料内部间隙原子团簇和空位团簇的形成,从而影响材料的宏观性能变化。
文章关键词:
作者单位:卢跃磊
论文DOI: 10.26991/d.cnki.gdllu.2021.003717
论文分类号: TB383.2
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文章来源：电力学报 网址: http://dlxb.400nongye.com/lunwen/itemid-118671.shtml
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