熔盐堆中辐照损伤对SiC力学性能和熔盐腐蚀性能影响的研究

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1、博士学位论文熔盐堆中辐照损伤对SiC力学性能和熔盐腐蚀性能影响的研究作者姓名:李健健指导教师:闫隆研究员中国科学院上海应用物理研究所学位级别:工学博士专业名称:核能科学与工程培养单位中国科学院上海应用物理研究所2017年6月TheeffectofirradiationdamageonthemechanicalpropertiesandthemoltensaltcorrosionpropertiesofSiCintheMSRByJianjianLiADissertationSubmittedtoTheUniversityofChineseAcademyofSciencesInpa

2、rtialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofDoctorofNuclearEnergyScienceandEngineeringShanghaiInstituteofAppliedPhysicsChineseAcademyofScienceJune,2017Ｖ中科院上海应用物理研究所论文独创性声明和使用授权说明独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出

3、贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式说明并表示了感谢。本声明的法律结果由本人承担。／足０丨：日期声明人專僅：二年？月〇日｝Ｈ学位论文版权使用授权书本人完全了解中国科学院大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存学位论文。本人同意《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》出版章程的内容，愿意将学位论文提交《中国学术期刊（光盘版）》入“电子杂志社，编ＣＮＫＩ学位论文全文数据库并充实到学位”论文学术不端

4、行为检测系统比对资源库，同意按章程规定享受相关权益。保密论文在解密后遵守此规定。论文作者签名指导教师签名：Ｖ／］日期：工〇丨年月日，１摘要摘要碳化硅（SiC）材料由于其优良的高温力学性能、高温化学惰性、低感生放射性和强抗腐蚀能力，尤其是其低中子俘获截面等特性，使之成为先进核能系统熔盐堆的候选材料之一，可作为结构材料和燃料的包覆材料等。SiC在熔盐堆中面临着高温、熔盐腐蚀、高剂量中子辐照等多重环境的考验，因此SiC辐照损伤的规律，以及辐照损伤对其力学性能与抗熔盐腐蚀性能的影响是不能忽视的关键科学问题。本论文利用离子辐照技术研究了熔盐堆候选材料SiC辐照损伤效应

5、，主要研究内容包括SiC微观结构的辐照损伤规律；辐照损伤对SiC力学性能的影响及相关机制；辐照损伤对SiC抗熔盐（FLiNaK）腐蚀性能的影响等方面。1）SiC微观结构的辐照损伤规律在Xe离子辐照的低剂量样品（峰值损伤<0.2dpa,RT）中，SiC的微结构损伤体现在晶格膨胀性应变上，缺陷的类型主要以点缺陷或点缺陷团簇为主；剂量达到0.2-0.6dpa时样品开始出现非晶化的现象，而当辐照剂量达到2dpa时，样品辐照损伤层完全非晶化。非晶化机制是：同核键（Si-Si或C-C）富集区域是非晶化的成核区域，随着剂量的增加非晶化核区不断生长，最终连成一片，成为连续的非晶化层。另外，非晶

6、化是材料辐照肿胀的原因之一。2）通过离子辐照的方法调控SiC中的损伤程度，研究了不同损伤程度下的SiC力学性能的变化当dpa较小时（<0.2dpa,RT）,离子辐照后样品的硬度高于空白样品，说明辐照产生的点缺陷及其团簇、位错环等缺陷的钉扎效应起主导作用，这是辐照硬化的过程，并在辐照剂量为0.06dpa时辐照硬化达到最大；当dpa较大时(>0.6dpa)，样品的硬度开始下降，这是辐照软化的过程，此过程中共价键破坏效应占主导作用；SiC在刚出现非晶化时(0.2-0.6dpa)，共价键破坏效应和钉扎效应两者达到平衡。利用Nix-Gao模型定量地评估了SiC的离子辐照硬化。结果表明，剂

7、量达到0.06dpa，SiC纳米硬度从35.38±0.03增加到42.61±0.02GPa，增幅为~20%。当辐照区域完全非晶化时，硬度降低到26.49±0.01GPa。样品的弹性模量随着辐照剂量的升高呈减小的趋势。3）离子辐照后SiC熔盐腐蚀性能的变化及相关机理I摘要本论文对比了不同剂量、不同离子、不同能量与不同温度的离子辐照样品在熔盐中的腐蚀行为，研究了SiC辐照腐蚀效应。辐照前纯SiC具有优异的抗熔盐腐蚀性能，但辐照明显地促进了SiC在高温熔盐FLiNaK中的腐蚀。研究发现，在70ke