氘、氚与RAFM钢相容性研究进展

核聚变能是解决人类能源危机和环境问题最有效的途径,其主要是利用氘氚聚合释放的能量。磁约束聚变是目前最可能实现受控热核聚变的方法,但要实现长期且稳态的核聚变反应还面临着诸多挑战,其中材料的研究与开发是聚变堆能否商业化的关键。在服役过程中,包层结构材料不仅受到高热负荷及强腐蚀作用,还受到各种粒子如氘(D)、氚(T)、氦(He)等的轰击和D-T聚变反应产物高能中子的影响。目前,确定的候选结构材料主要有奥氏体不锈钢、低活化铁素体/马氏体(RAFM)钢、钒合金以及碳化硅复合材料四种。而RAFM钢因具有低活性、较低的热膨胀系数、较高的热导率、辐照环境下具有较好的几何稳定性被选为目前最具前景的结构材料。获得氘氚在RAFM钢中的输运参数是未来核数据库建立的基础和前提,近几年关于氘在RAFM钢中输运行为的研究较多,然而不同研究者所得的结果差别很大,且缺乏实际的氚实验的基础数据。因此建立实验测试标准十分必要。RAFM钢主要以板条马氏体结构为主,具有较高的氘、氚渗透率,极易造成氘氚燃料的损失及氚放射性污染。因此,必须减少或避免RAFM钢与氘氚的直接接触。在RAFM钢表面制备一定厚度的阻氚涂层是实现氚自持最有效的途径之一。目前,国内外研究较多的阻氚涂层为Al2O3涂层,其阻氚因子可达103,且已实现工程化应用。此外,RAFM钢在服役过程中产生的辐照损伤及表面状态变化必然会影响氘氚的输运行为,主流观点认为辐照产生的缺陷会增加氘氚在金属材料中的滞留量,当材料中氘原子浓度达到10-6时,塑韧性下降,产生氢脆,尤其对于氚,衰变产生的He-3原子浓度达到10-9时,还会引发更严重的氦脆。除了制备阻氚涂层外,最近的研究多致力于通过成分调控及改善热处理工艺来提高RAFM钢的抗氢性能及抗辐照性能。本文归纳了氘氚在RAFM钢中行为的研究进展,分别对RAFM钢中氘氚渗透和滞留行为及其对力学性能的影响等进行介绍,分析了RAFM钢开发面临的问题并展望其前景,期望为RAFM钢数据库的建立以及服役于聚变堆的工程可行性提供参考。     

高温氘离子辐照对低活化钢微观结构的影响

材料问题是可控核聚变能否实现商业应用从而解决人类能源问题的"瓶颈"之一。低活化铁素体/马氏体(RAFM)钢具有良好的抗辐照性能,被普遍认为是新一代聚变反应堆的候选结构材料之一。在聚变堆环境下,材料不仅会受到高能中子辐照而且氘氚也可能进入材料中。为了研究氘离子以及辐照对低活化钢的微观结构的影响,采用CLAM钢(一种RAFM钢)和FeCr模型合金,在500℃下进行58keV氘离子辐照,利用高分辨透射电镜对比分析辐照前后材料微观结构的变化,研究辐照及氘离子对低活化钢的影响。结果表明:高温氘离子辐照不仅在材料中产生大量的缺陷和缺陷集团,同时还可能产生辐照诱导析出。而CLAM钢中原有的析出物经高温离子辐照后并没有发生非晶化,对其原因进行了讨论。     

基于机器学习的RAFM钢中子辐照脆化预测模型研究

构建低活化铁素体/马氏体(RAFM)钢的中子辐照脆化预测模型对聚变反应堆的安全运行和优化设计新型RAFM钢具有十分重要的意义。本研究基于收集的RAFM钢中子辐照数据集，采用相关性筛选、递归消除方法识别出影响RAFM钢中子辐照条件下韧脆转变温度(DBTT)的关键特征变量。利用筛选的关键特征变量，构建了具有良好预测能力的RAFM钢中子辐照DBTT预测模型。为进一步实现中子辐照条件下韧脆转变温度变化(ΔDBTT)的预测，首先构建了RAFM钢未辐照DBTT预测模型，然后将辐照前后DBTT预测模型相结合构建了RAFM钢中子辐照ΔDBTT预测模型。通过将模型预测的ΔDBTT与文献收集的数据进行对比发现，该模型具备较好的预测能力。     

RAFM钢中氚氦行为的研究进展

低活化铁素体/马氏体(RAFM)钢是未来磁约束核聚变堆产氚包层推荐的主体结构材料,将在ITER实验包层模块中进行考核。氚及氚衰变氦-3在RAFM钢中的驻留行为将影响所产生氚的有效利用并导致材料的结构损伤,因此RAFM钢的涉氚相容性是其最终应用于聚变堆结构材料之前必须考核的问题之一。总结了国内外对RAFM钢的氚氦相容性研究进展情况,提出了一些要解决的关键问题和将来的研究方向。     

金属氘化物的制备与应用研究进展

金属氘化物作为新型绿色能源材料,储氘性能优异,在能源领域应用的重要性和广泛性日益凸显.随着社会的发展与实际应用的不断深化,金属氘化物能源材料将对国家的能源战略起到至关重要的作用.金属氘化物通常是在高温环境下直接化合进行制备,由于其表面化学性质十分活泼,在空气氛围尤其是高湿度(大于60％以上)空气气氛中极易受O2、CO2、H2 O等腐蚀,进而导致金属氘化物性能改变,严重时可能存在安全隐患,使用范围受到一定限制.目前,多种金属氘化物材料如氘化锂、氘化钛、氘化锆以及氘化铈等相继被制备出且有一定的应用.本文基于金属氘化物的分类、特性以及应用,概述了几种常见金属氘化物的制备与应用研究进展,总结了金属氘化物的研究现状与进展并提出展望,意在为金属氘化物的制备研究与应用提供借鉴.     

平面直流磁控溅射放电等离子体模拟研究进展

放电等离子模拟是平面直流磁控溅射装置系统仿真的一个重要的子过程。本文根据模型的种类，求解问题的维数以及自洽性对磁控放电等离子体模拟方法进行了分类，并通过介绍不同种类的仿真模型，诸如动力学模型，流体模型，粒子模型，混合模型以及简化模型，根据平面直流磁控溅射放电的特殊性，对这些模型在该装置等离子模拟中的适用性进行了分析。兼顾问题求解的速度和质量，本文认为二维自洽粒子模拟与三维非自洽粒子模拟是目前需要重点研究的两种方法。最后作者对磁控放电等离子体模拟的进一步发展进行了展望。     

用等离子体技术制备凹印版材耐磨层

用电镀法制备凹印版材存在环境污染严重、成本高等缺点,为此研究用等离子体表面镀膜层替代电镀法制备凹印版材的新工艺.利用等离子体磁控溅射、多弧离子镀和离子束辅助沉积技术在镍基表面制备了硬质铬薄膜.研究表明,本法制备的薄膜表面致密均匀,中间有过渡层的离子束辅助沉积层表面显微硬度为800～1100 HV,磁控溅射的为300～400 HV,多弧离子镀的为600～800 HV,多弧离子镀和离子束辅助沉积层表面显微硬度接近于电镀法(700～1 100 HV).划痕试验表明,制备的薄膜与基体结合力均在5 N左右,凹版电子束辅助沉积铬后表面光滑,网点线条清晰,粗细均匀,可替代电镀法凹印版材.     

HT-7托卡马克氘丸注入实验研究

简要介绍了用于国家中型超导托卡马克装置HT-7弹丸注入系统;详细阐述了在HT-7装置首次用于加料实验的氘(D2)丸的成冰工艺、氘丸注入实验以及氘丸注入对等离子体产生的影响;研究了等离子体的密度、温度的分布变化。     

HT—7托卡马克氘丸注入实验研究

简要介绍了用于国家中型超导托卡马克装置HT-7弹丸注入系统;详细阐述了在HT-7装置首次用于加料实验的氘（D2）丸的成冰工艺、氘丸注入实验以及氘丸注入对等离子体产生的影响;研究了等离子体的密度、温度的分布变化。     

单晶硅非平衡磁控溅射等离子体基离子注入钼的XPS研究

采用非平衡磁控溅射及射频激励产生金属等离子体，在单晶晶体Si上等离子体基离子注入钼，选择不同的靶基距，即不同的Mo沉积速率，研究了沉积速度对Si中Mo注入层的影响，用X光电子能谱（XPS）对注入层中M o的深度分布和化学态进行了分析，结果表明：注入过程由两部分组成，即反冲注入（包括级联碰撞引起注入原子的位移）和金属的纯注，随靶基距增大，沉积速率减少，样品表面沉积层厚度减小，注入层厥厚，靶基距为300mm时，纯注入层厚度与理论计算值接近，XPS多道分析判断有MoSi2相生成。     

GCr15钢等离子体基离子注入Ti和C混合层的XPS研究

用X射线光电子谱研究了GCr15轴承钢不平衡磁控溅射沉积Ti,继之等离子体基离子注入碳的等离子体基离子注入混合层的C ,Ti浓度深度分布及其化学结构。表明混合层的最表层为碳沉积层 ,其C 1s谱峰呈类金刚石特征 ,喇曼光谱肯定了这一特征。碳沉积层下面为C Ti混合区 ,Ti和C各以游离态和化合物态存在。混合层内Ti和C浓度沿层深连续变化 ,无突变区 ,在原Ti沉积层与基材轴承钢发生反冲增强扩散现象     

Roughness determination of plasma-modified surface layers with atomic force microscopy

Graphite surfaces exposed to the deuterium plasma in the TEXTOR tokamak were characterized in detail by means of scanning probe microscopy, ion beam analysis and colorimetry methods. The aim is to study the composition and structure of thin layer deposits formed on surfaces subjected to the tokamak plasma. The surface roughness was measured and parametrized in terms of fractal dimension and scaling constant. Several different methods for the fractal analysis of plasma-exposed surfaces have been critically evaluated. The main emphasis of this paper is on the correlation between surface roughness (fractal parameters), the amount of deposited atoms and the layer thickness.     

直流反应溅射沉积Al2O3薄膜及其在SS-AlN金属陶瓷太阳吸收涂层的应用

在沉积不锈钢-氮化铝(SS-AlN)金属陶瓷太阳吸收集热管的磁控溅射三靶镀膜机上,安装了UPS03反应溅射闭环控制单元,实现反应溅射Al2O3稳定反馈控制。采用国产直流电源在Al靶表面处于过渡态下,成功制备了吸收几乎为零的Al2O3薄膜。溅射功率在14kW时,反应溅射沉积Al2O3的靶电压波动可长时间稳定控制在±3 V范围内,沉积速率为5.4 nm/(min·kW),约为Al靶在无反应气体溅射下沉积Al薄膜速率的74%。采用Al2O3代替AlN作为减反射层,应用到SS-AlN太阳选择性吸收涂层中,进一步提高了复合膜的太阳光学性能,太阳吸收比由AlN作为减反射层的0.956提高到0.965,红外发射比不变,仍为0.044。     

Experimental study of a radio-frequency Ionized Physical Vapour Deposition process: Contamination by the internal coil

The Ionized Physical Vapour Deposition technique has been developed since 1990 as an improvement of the magnetron sputtering technique to obtain more conformal and dense deposited layers. Amongst the different methods developed to ensure the ionization of the sputtered vapour, the superimposition of an Inductively Coupled Plasma to a magnetron cathode is the most used method. However, the use of an internal radio-frequency (RF) coil to create the additional ionization may lead to contamination of the deposited layers by the material of the coil. We report in this paper a set of experiments that allowed us to control the film deposition pollution. We compared the flux of particles sputtered from the magnetron and deposited on the coil, with the flux of atoms sputtered by ions from the RF coil. In our experiments, the magnetron material is titanium and the coil material is stainless steel.     

NbN/TaN纳米多层膜的微结构及超高硬度效应

用磁控反应溅射的方法在不锈钢基片上制备了NbN／TaN纳米多层薄膜,试验采用X射线衍射仪（XRD）、透射电子显微镜（TEM）及显微硬度仪对薄膜的微结构和硬度进行分析,结果表明：在NbN／TaN多层膜中,NbN层为面心晶体结构,TaN层为六方晶体结构;NbN／TaN纳米多层膜存在超硬效应,在调制周期2．3～170nm这一放宽的范围内保持超高硬度,硬度最大值HK达51.0GPa     

Effects of Homo-buffer Layer on Properties of Sputter-deposited ZnO Films

Two-step growth regimes were applied to realize a homoepitaxial growth of ZnO films on freestanding diamond substrates by radio-frequency(RF)reactive magnetron sputtering method.ZnO buer layers were deposited on freestanding diamond substrates at a low sputtering power of 50 W,and then ZnO main layers were prepared on this buffer layer at a high sputtering power of 150 W.For comparison,a sample was also deposited directly on freestanding diamond substrate at a power of 150 W.The effects of ZnO buffer layers...     

Sputter deposition of bcc tantalum films with TaN underlayers for protection of steel

Deposition of tantalum films for protective coatings on steel has been investigated. The desired tough and ductile bcc phase of tantalum, rather than the normally deposited hard and brittle tetragonal phase, has been grown by DC magnetron sputtering on unheated substrates first covered with thin layers of tantalum nitride. The nitride was formed by reactive sputtering with nitrogen gas, with the same DC magnetron source and target as used for deposition of tantalum. The crystal structure and composition of the nitride promoting the growth of bcc Ta, previously undefined, has been identified as the metastable fcc (NaCl like) TaN. Alignment of the (111) crystallographic planes of fcc TaN with (110) planes of bcc Ta is discussed as a possible mechanism for this effect. The minimum thickness of TaN underlayer on steel, required to promote the growth of bcc Ta, has been established and found to be dependent on the substrate surface preparation. Scratch tests with a diamond tip showed that the nitride underlayer does not compromise the film adhesion. Stable and well-adhering coatings of bcc Ta with thickness ranging from tens of nanometers to tens of micrometers on steel with a thin TaN underlayer were obtained. The process of deposition of bcc Ta films, including the formation of TaN underlayers is described in detail.     

应用于等离子体显示器的铝电极及其介质层制备研究

提出用铝取代银作为寻址电极,氧化铝取代玻璃粉作为其上介质层的新型等离子体显示器(PDP)电极单元,对单项工艺进行了优化,并形成了完整可行的整体工艺路线,有望为PDP生产成本的降低提供一条新的技术途径.选用非连续磁控溅射和光刻-刻蚀工艺制备铝电极,阳极氧化工艺制备氧化铝介质层.用扫描电子显微镜对铝膜、氧化铝介质层及电极单...     

Evolution of texture of CeO2 thin film buffer layers prepared by ion-assisted deposition

Evolution of texture in CeO₂ thin films was studied using biased magnetron sputtering and ion beam assisted magnetron sputtering. Films deposited onto polycrystalline Hastelloy metal substrates by biased magnetron sputtering develop preferential (002) growth as the energy of the ions is increased from zero to above 100 eV. For ion beam assisted magnetron sputtering (magnetron IBAD), with the ion beam directed at 55° to the substrate normal, the evolution of biaxial alignment is controlled by the ion beam energy and the ion/atom arrival rate ratio. Ion beam energies >200 eV and ion/atom ratios >0.3 lead to perfect biaxial alignment with one pole aligned along the ion beam direction. Epitaxial growth of CeO₂ films was observed for MgO(001) substrates at 750°C without any ion assistance, and on yttria-stabilised zirconia (001) buffer layers at room temperature and a bias of −80 V.