[00140856]高稳定性纳米复合多层膜钨基块材的制备和抗辐照性能研究

纳米多层膜复合材料具有高力学性能、高热稳定性和优异的抗辐照性能。但是常规的物理或化学沉积方法无法制备块状样品。为此,本项目采用正交累积叠轧焊（CARB）技术,发展了一条“自上而下”的纳米多层膜块材制备路径。与常规累积叠轧焊（ARB）工艺相比,CARB工艺过程中轧制应变在样品的轧制方向和横截面方向上实现了平均分配,有效解决制备过程中材料外部边裂及内部层状结构失稳。采用CARB工艺首次制备了层厚尺寸分布于微米至纳米尺度范围内的Cu/V和Cu/Ta纳米多层膜块材,其中,Cu/V和Cu/Ta纳米多层膜块材的最小单层厚度分别实现了25nm和50nm,内部层状结构连续、完整,层厚均匀,界面清晰、平直。最小层厚尺寸的CARB Cu/Ta（V）块材的强度（硬度）达到了原始材料的4~5倍。CARB Cu/Ta（V） 纳米多层膜块材的强化行为符合表观Hall-Petch关系,说明其强化机制主要是界面强化。CARB Cu/Ta（V）纳米多层膜块材能够在500℃退火1 h后维持硬度不变,表现出了优异的热稳定性。当退火温度超过材料临界温度后,CARB Cu/Ta（V） 纳米多层膜块材的宏观力学性能和微观纳米层状结构出现明显的失稳现象,对应的主导微观失稳机制为瑞利不稳定机制和晶界缺口机制。当辐照剂量为2x1021 ions/m2时, CARB Cu/V纳米多层膜块材的力学性能和微观结构能够保持稳定,表现出较好的抗辐照性能;而当辐照剂量提高至7x1022 ions/m2时,一方面,样品出现明显的辐照硬化现象;另一方面,辐照不仅导致样品表面出现了明显的表面起泡现象,而且在样品内部形成了高密度的He泡和较大尺寸的长条形He空洞。