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作者：宋鹏中国科学院研究生院（近代物理研究所）

学位级别：硕士

第四代裂变堆（Gen IV）和加速器驱动次临界系统（ADS）对燃料包壳材料、结构材料提出了以下要求：较好的热稳定性、韧性和强度，高的热导率以及耐腐蚀性能。典型的Mn+1AXn相材料（M为过渡金属元素;A为主族元素;X为C或N;n=1，2，3）Ti3A... 详细信息

第四代裂变堆（Gen IV）和加速器驱动次临界系统（ADS）对燃料包壳材料、结构材料提出了以下要求：较好的热稳定性、韧性和强度，高的热导率以及耐腐蚀性能。典型的Mn+1AXn相材料（M为过渡金属元素;A为主族元素;X为C或N;n=1，2，3）Ti3AlC2因满足上述要求而被考虑为第四代反应堆和加速器驱动次临界系统的候选材料。反应堆材料中氦原子的存在会引起材料肿胀、蠕变、硬化以及材料导热性能的下降等。本论文研究了Ti3AlC2材料中氦效应问题。本论文开展了不同温度（室温、300oC、500oC）和不同剂量（1.0×1016–1.0×1018cm-2）的500keV He2+离子辐照实验。针对氦离子的损伤效应和氦原子的掺杂效应两个方面，利用透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）、正电子湮灭（PAS）、粉末X射线衍射仪（XRD）等多种表征手段对Ti3AlC2材料的结构变化和He气泡进行了研究，主要结论如下： 1.材料微结构随温度和辐照剂量的变化：室温下随着辐照剂量的增大，最强峰（104）的强度逐渐降低，可能是晶体结构无序化程度增加的结果;但是在最大辐照损伤下（52.5dpa）样品并没有发生晶态向非晶态的转变，说明了材料具有较好的结构稳定性。最低辐照剂量下（1.0×1016cm-2）样品中空位型缺陷浓度或尺寸较未辐照样品更小，这应该归因于离子辐照引起的退火效应;高剂量辐照样品（1.0×1018cm-2）和500oC辐照样品中大尺寸的空位型缺陷的形成，说明了空位型缺陷发生了迁移和聚集。 2. He气泡随温度和剂量的变化：室温辐照下，He气泡没有明显地长大，且在最大氦原子浓度处6.5×105appm（1.0×1018cm-2），He气泡发生相连但并没有导致大尺寸裂纹的出现;500oC辐照样品中He气泡的长大成扁平状，其长大过程可能受到Ti3AlC2层状结构的影响，并且扁平状He气泡的存在可能导致了材料表面的严重剥离。

关键词：辐照损伤 max相材料 He气泡微结构

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多组元M2AlC多孔材料的制备与耐酸腐蚀性能研究

多组元M2AlC多孔材料的制备与耐酸腐蚀性能研究

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作者：伯乐中南大学

学位级别：硕士

三元层状陶瓷材料,也被称为max相材料,凭借其独特的层状结构,兼具了金属和陶瓷材料的优异性能,但也具有力学性能欠缺、耐腐蚀性能不佳等缺陷。因此在现有max相材料研究的基础上,通过在max相材料不同位置进行多种元素固溶,改善并提高材... 详细信息

三元层状陶瓷材料,也被称为max相材料,凭借其独特的层状结构,兼具了金属和陶瓷材料的优异性能,但也具有力学性能欠缺、耐腐蚀性能不佳等缺陷。因此在现有max相材料研究的基础上,通过在max相材料不同位置进行多种元素固溶,改善并提高材料的综合性能,是当前max相材料的研究热点。本文以钛、锆、铌、坦、铝、石墨单质粉末为原料,通过粉末冶金方法合成了多组元max相陶瓷材料MAl C,探究了烧结工艺对物相组成的影响规律和烧结过程中的反应机理;并通过浸泡实验和电化学实验确定了该材料在不同浓度盐酸中的耐腐蚀性能,获得了该材料在不同浓度盐酸中的腐蚀规律和机理。主要研究成果如下:(1)使用真空烧结的方式,成功合成了多组元MAl C多孔材料(TiZrNbTa)Al C,分析表征显示,Ti、Zr、Nb、Ta四种元素在M位置均匀固溶,并确定最佳烧结温度为1600℃。在烧结过程中产生的孔隙主要来源于:压制过程中原料与粉末之间的孔隙、烧结过程中主要由Al元素部分扩散形成的Kirkendall孔隙和高温下反应形成的max相留下的孔隙。(2)与单一组元的max相材料相比,(TiZrNbTa)Al C具有良好的耐酸腐蚀性能。在1 M和6 M盐酸中浸泡60天时,失重率分别仅有1.10%和3.56%,略低于具有相同孔隙率的多孔TaAl C,远低于多孔TiAl C、Ti和316L不锈钢。而在电化学腐蚀过程中,(TiZrNbTa)Al C快速钝化,与对比材料相比,表现出最优异的电化学性能。在改变基体成分中Ta元素含量时,材料的耐酸腐蚀性能随着Ta含量的增加先升高然后降低,当M位置Ta含量与其他金属含量等摩尔比时,得到的(TiZrNbTa)Al C具有最佳耐酸腐蚀性能。(3)(TiZrNbTa)Al C的腐蚀过程可分为基体的溶解和溶解之后通过原子间的电荷转移在材料基体和腐蚀溶质之间生成腐蚀产物两步。在此期间,不同M-C键能使四种元素以不同的速度进入溶液,不同的氧化物自由能决定了氧化层的溶解难易度,Ti、Zr元素优先腐蚀并促进钝化层的形成,Nb、Ta元素可以抵消阴离子空位,降低空位在钝化层上的扩散速率,使膜内缺陷减少,在几种元素的相互作用下,最终在材料表面快速形成了稳定的钝化层,使材料具有良好的耐酸腐蚀性能。图40幅,表16个,参考文献159篇

关键词： max相材料粉末冶金反应机理耐酸腐蚀性能

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Ti3SiC2、Ti3AlC2在LiF-NaF-KF熔盐中的腐蚀行为研究

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核技术 2014年第6期37卷 82-87页

作者：李凌俞国军周兴泰中国科学院上海应用物理研究所核辐射与核能技术重点实验室嘉定园区上海201800 中国科学院大学北京100049

研究了三元层状化合物Ti3SiC2、Ti3AlC2在熔融LiF-NaF-KF盐中的腐蚀行为,探索其腐蚀机理及抗腐蚀性能。研究发现,这两种max相材料在熔融FLiNaK盐中的腐蚀表现为A元素的溶解,进而形成腐蚀产物TiCx。数据表明,Ti3SiC2表现出比Ti3AlC2更好... 详细信息

研究了三元层状化合物Ti3SiC2、Ti3AlC2在熔融LiF-NaF-KF盐中的腐蚀行为,探索其腐蚀机理及抗腐蚀性能。研究发现,这两种max相材料在熔融FLiNaK盐中的腐蚀表现为A元素的溶解,进而形成腐蚀产物TiCx。数据表明,Ti3SiC2表现出比Ti3AlC2更好的抗腐蚀性,Ti3AlC2中的A元素Al几乎全部溶解,而Ti3SiC2中A元素Si溶解只发生在表层及浅表层。从理论分析和微结构表征方面对实验现象进行了解释,并且针对由六方Ti3AlC2转变为立方TiCx提出了相应的机理。

关键词： max相材料熔盐腐蚀

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Ti3SiC2、Ti3AlC2在LiF-NaF-KF熔盐中的腐蚀行为研究

Ti3SiC2、Ti3AlC2在LiF-NaF-KF熔盐中的腐蚀行为研究

引用

作者：李凌中国科学院研究生院（上海应用物理研究所）

学位级别：硕士

近来，熔盐堆作为第四代反应堆之一，由于其固有安全性而受到广泛关注。然而，熔盐堆的高温工作环境，对应用在熔盐堆中的结构材料提出了巨大的挑战，其中结构材料的腐蚀开裂和辐照脆化是导致材料劣化的主要问题。max相材料是一种新型... 详细信息

近来，熔盐堆作为第四代反应堆之一，由于其固有安全性而受到广泛关注。然而，熔盐堆的高温工作环境，对应用在熔盐堆中的结构材料提出了巨大的挑战，其中结构材料的腐蚀开裂和辐照脆化是导致材料劣化的主要问题。max相材料是一种新型抗辐照耐高温结构材料，有望被用在高温堆中。然而，对于max相材料应用于熔盐，还需经过与熔盐的相容性验证。本工作研究了max相材料在熔融FLiNaK盐中的腐蚀行为，并对max相材料在熔融氟盐中的腐蚀机理进行了深入讨论。这一研究对于改善和提高max相材料的抗熔盐腐蚀性能具有指导意义。本工作选取两种最常见的max相材料：Ti3SiC2和Ti3AlC2作为实验对象，进行这两种max相材料在熔融FLiNaK盐中的腐蚀实验。研究发现，这两种max相材料在熔融FLiNaK盐中的腐蚀均表现为A元素（Si和Al）的流失，区别在于，Ti3AlC2样品中Al元素几乎全部流失，而Ti3SiC2样品中Si元素的流失仅发生在表层及浅表层，即Ti3SiC2在熔融FLiNaK盐中的抗腐蚀性能优于Ti3AlC2。由于A元素的流失，原来的六方晶格结构发生拓扑相变转变为立方TiCx结构，并且该腐蚀产物具有类似石墨烯的纳米层状结构。本论文工作还进行了Ti3SiC2在不同温度和时间下的腐蚀行为研究，测试了不同条件下的腐蚀深度。结果表明，Ti3SiC2样品在初始阶段发生很快的腐蚀，随着时间增长，腐蚀趋于缓慢，腐蚀深度随时间呈抛物线变化的趋势，表明max相材料在熔融FLiNaK盐中的腐蚀是由元素扩散控制。在不同温度下的腐蚀数据表明，随着温度升高，腐蚀深度增大，这是由于温度升高元素扩散加快所致。

关键词： max相材料 FLiNaK盐熔盐腐蚀

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