材料辐照损伤中的点缺陷团簇与一维迁移现象

材料辐照损伤是核反应堆材料、尤其是核聚变堆材料所面临的重要问题.高能粒子(中子、离子、电子)辐照在材料中会产生大量的点缺陷,即自间隙原子和空位.这些点缺陷聚集在一起会形成自间隙原子团簇和空位团簇,从而对材料结构和性能的演化产生重要影响.空位团簇包括有空洞、层错四面体、空位型位错环,而自间隙原子团簇则只有自间隙型位错环.本文介绍了两种点缺陷团簇的性质、及其对于以材料辐照肿胀为主要内容的材料辐照损伤性能的影响.作为空位团簇,比较详细介绍了具有本课题组特色的空位型位错环的研究,同时分析了合金元素和氢同位素对空位型位错环的影响.在铁试样中形成的这种空位型位错环尺寸可达100 nm左右,该空位型位错环具有两种柏氏矢量,b=<100>和b=1/2<111>,前者的数密度比后者高一个数量级.对于自间隙原子团簇,则重点介绍了与其相关的一维迁移现象及其研究动态,该一维迁移性能有可能是影响高熵合金辐照性能的重要因素.

划分IC缺陷团的聚类算法

大量实验表明了在集成电路 (IC)制造过程中形成的缺陷团之间具有很强的相关性 ,然而现用于划分缺陷团的方法均忽略了缺陷之间的相关性 .因此 ,得到的缺陷分布规律不能有效地反映缺陷在圆片上的分布 .为了提高IC成品率和可靠性仿真和设计的精度 ,提高缺陷分布模型的准确性 ,该文提出了划分缺陷团的聚类算法 .该方法依据缺陷形成的动力学基础 ,充分考虑了缺陷团之间的相关性 .实验证明该算法用于划分

MOCVD生长的GaN薄膜中缺陷团引起的X射线漫散射研究(英文)

采用高分辨X射线衍射对在蓝宝石(0001)面生长的GaN外延膜的漫散射进行了研究.结果表明,GaN薄膜中存在缺陷团,其浓度随着穿透位错密度的增加而增加,其平均半径呈相反趋势.基于位错是点缺陷的聚集区,缺陷团优先在位错附近形成的效应对结果进行了解释.同时发现电子迁移率随缺陷团浓度的增加而减少.

缺陷团簇在α-Zr内扩散的分子动力学模拟

针对目前对于应力条件下材料缺陷演化的认识不足,本文以α-Zr材料为研究对象,采用分子动力学方法模拟计算由4个BS型间隙原子构成的缺陷团簇在材料中的扩散行为,研究了几种温度条件下拉伸应变及晶向对缺陷团簇扩散行为的影响。研究发现:温度、应变及晶向均会影响缺陷团簇在α-Zr材料中的扩散行为,缺陷团簇的扩散系数存在差异。结果表明:无应变条件下缺陷团簇在α-Zr材料中发生扩散且是三维扩散;沿[1120]晶向施加拉伸应变时对扩散的影响最明显,[1120]晶向是缺陷团簇主要的扩散晶向,当应变3%时扩散是一维的;应变作用在[1120]和[1100]晶向时,缺陷团簇的迁移能减小,应变作用在[0001]晶向时迁移能增加。本文的研究结果能为α-Zr材料的辐照损伤效应研究提供依据。

汽车后门外板电泳前基板团斑缺陷分析

某车型汽车后门外板在电泳前发现基板表面有密集的团状斑点缺陷,影响产品外观。采用扫描电镜和能谱仪对缺陷形貌特征和元素成分进行了分析,确定该缺陷是冲压模具表面不洁所致,并在生产环节中得到验证。提出了相应的改进措施,如保持冲压模具间隙调校、定期清洁和光洁度确认,使团斑缺陷得到有效控制。

SI－GaAs中EL2和EL6缺陷团簇相关性研究

用光致电流瞬态谱（ＰＩＴＳ）方法研究了ＬＥＣＳＩ－ＧａＡｓ原生单晶经常规退火和等时快速退火（ＲＴＡ）深能级缺陷的变化。缺陷ＥＬ２（Ｅｃ－０．８２ｅＶ）和ＥＬ１２（Ｅｃ－０．７９ｅＶ）表现出类似的ＲＴＡ特性，应属于ＥＬ２缺陷团簇；缺陷ＥＬ６（Ｅｃ－０．３８ｅＶ），ＥＬ８（Ｅｃ－０．２７ｅＶ）和ＥＬ９（Ｅｃ－０．２４ｅＶ）亦具有相似的ＲＴＡ特性，属ＥＬ６缺陷团簇。实验发现，在热退火中，ＥＬ２团簇缺陷密度减少，则ＥＬ６团簇缺陷密度增加；反之亦然，取决于退火温度的高低，表明ＥＬ２，ＥＬ６团簇在原子结构上相关。文中由此讨论了两个主要缺陷ＥＬ２和ＥＬ６的可能构型。

He对低活性Fe-Cr-Mn(W,V)合金辐照产生点缺陷行为的影响

采用超高压电镜与离子加速器相连结的复合辐照装置,研究了注He对低活性Fe-Cr-Mn(W,V)合金辐照产生的点缺陷及二次缺陷行为的影响.实验结果表明:辐照初期形成的点缺陷与He相互作用,进而影响二次缺陷(位错、位错环和空洞)的形成;He明显促进位错密度增大和空洞核心形成,并导致空洞肿胀增加.对辐照产生的点缺陷与He相互作用的机理进行了理论分析.

金属氚化物的时效和时效效应

结合贮氚材料在核技术中的应用,简要介绍了目前关于3He在氚化物中的存在和演化行为、延缓3He从材料中析出的可能途径以及氚时效对氚化物性能影响的研究进展,并对几种单质氚化物的固He性能进行了比较.为了对照理解,也简要介绍了高能辐照产生的He在材料中的存在行为.

Sn离子注入PTC陶瓷表面研制气敏陶瓷材料

用脉冲金属离子束Sn注入BaTiO_3 PTC陶瓷的表面,结果表明:在低温空气中退火处理,注入层对CO有敏感特性.应用薄膜XRD、XPS、RBS对注入层结构分析表明,注入层对CO的敏感特性是由于注入层形成SnO_2、BaSnO_3等沉淀相引起的,同时还与离子注入引起的缺陷团有关.

氩离子辐照304奥氏体不锈钢的微观结构状态研究

本文通过氩离子辐照核用304奥氏体不锈钢(AISI 304L),以深入理解其辐照损伤机制。辐照在室温下进行,选用能量为120 keV的氩离子对样品分别进行1×10^(16)cm^(-2)和2×10^(16)cm^(-2)剂量的辐照。并以透射电子显微镜(Transmission electron microscopy,TEM)为主要分析手段,重点研究辐照后AISI 304L奥氏体不锈钢中的微观结构变化。研究表明:氩离子辐照后,AISI 304L样品中产生了尺寸较小的辐照空洞、位错、黑斑和堆垛层错四面体(SFT)等缺陷,及尺寸较大的位错环等缺陷团簇。随着辐照剂量的增加,位错环和孔洞的尺寸呈长大趋势。此外,退火残留孪晶等变形结构会成为捕获间隙原子的缺陷阱,造成区域空位浓度升高的同时导致孪晶界处缺陷团簇的密集析出。

Fe-Cu合金基体损伤的分子动力学模拟研究

采用分子动力学模拟了压力容器模型材料Fe-0.05Cu和Fe-0.3Cu合金的级联碰撞过程.研究了辐照导致的缺陷构型及其特征能量、Cu的空位迁移机理、Cu含量对初始损伤的影响、辐照温度对间隙原子团簇和空位团簇的影响等.结果表明,Cu对级联碰撞产生的缺陷数量、湮灭和复合没有明显影响,但可降低空位迁移能.辐照温度对团簇有明显影响.

氩离子辐照下纯镍薄膜的微观结构状态研究

为研究离子辐照对金属材料微观结构状态的影响,以透射电子显微镜为分析手段,探讨氩离子辐照对纯镍薄膜辐照缺陷及变形结构的影响规律。研究结果显示:氩离子辐照纯镍薄膜样品可诱发明显的辐照损伤效应;较低辐照剂量下,辐照缺陷团簇以黑点缺陷为主,其中包含大量的层错四面体;辐照剂量较高时,产生孔洞缺陷,其数密度随着辐照剂量而增大,其尺寸呈先上升后下降的趋势。与块体镍材料不同,较高剂量氩离子辐照可在纯镍薄膜中诱发位错扩展和孪生变形,其原因是:材料维度的降低可降低其对称性并抑制位错滑移系统的开动。

金属Nb级联碰撞的分子动力学模拟

运用分子动力学方法研究了bcc结构Nb在辐照损伤初期因辐照诱发位移损伤形成和演化的微观过程以及原子机制。选取初级离位原子(primary knock-on atom,PKA)能量5~50 keV,模拟温度300 K,研究了Nb中级联碰撞产生的缺陷数量及其分布随模拟时间的演化,PKA能量对稳定Frenkel缺陷数目的影响,缺陷团簇的分布等。研究结果显示,级联碰撞会在体系中产生辐照缺陷,Frenkel缺陷对数目和不同的PKA能量区间(5~30 keV和30~50 keV)之间满足不同的幂函数关系,所形成的缺陷大多数以点缺陷的形式存在,空位团簇成团率17%~35%,间隙原子团簇成团率23%~40%,PKA能量越高,空位越容易形成较大的团簇;级联碰撞产生的间隙原子形成了大量的沿<110>方向的哑铃型结构;当PKA能量高于30 keV时,级联碰撞将产生1/2<111>间隙型位错环和<100>空位型位错环。