注氢铁基二元合金中辐照位错环演化及退火温度影响研究

本文基于注氢纯铁和铁基二元合金(Fe-3%Cr、Fe-1.4%Ni和Fe-1.4%Mn,质量分数)开展常规透射电镜(200 kV)的原位表征观察,揭示了材料中辐照位错环的形态、尺寸演化行为及退火温度影响,并依据辐照损伤演化理论、退火过程中位错环平均尺寸变化推断得到空位型位错环形成温度的范围.注氢纯铁中空位型位错环的形成温度(T_c)约为500℃;添加Ni可使T_c降低至～450℃,添加Cr可使T_c升高至600℃以上,而Mn的作用与Cr相似,亦可使T_c升高.注氘实验和热脱附谱分析进一步表明,纯铁和铁基二元合金中空位型位错环的形成温度受氢同位素与空位结合、释放过程影响.合金元素Ni对氢同位素与空位的结合、释放有促进作用,故导致T_c降低;而Cr和Mn均对氢同位素与空位的结合、释放产生抑制作用,故导致T_c升高.本文展示的有关合金元素对空位型位错环形成温度影响的研究将有助于更深刻理解铁基合金体系中损伤结构演化和辐照肿胀产生机理.     

氢离子辐照纯钒中形成的位错环

钒合金作为聚变堆候选材料, 其辐照损伤行为一直是关注的重点. 研究辐照时形成的位错环的性质, 其意义在于揭示纯钒中辐照空洞的长大机理. 这种机理表现为不同类型位错环对点缺陷吸收的偏压不同, 从而影响金属的辐照肿胀. 本文利用加速器对纯钒薄膜样品进行氢离子辐照, 然后, 利用透射电镜的inside-outside方法分析氢离子辐照所形成的位错环的类型. 结果表明, 在氢离子辐照纯钒中没有发现柏氏矢量b=<110>的位错环, 只有柏氏矢量b=1/2<111>和b=<110>的位错环, 这两种位错环的惯性面处于{110}-{112}之间. 能确定性质的位错环全部为间隙型位错环, 未发现空位型位错环.     

聚变材料钨辐照后退火形成的位错环特性及inside-outside衬度分析

对纯钨透射电镜薄膜样品在400℃进行了58 keV、1×10¹⁷ cm^-2(约0.1 dpa)的氘离子辐照,辐照后进行了900℃/1 h的退火处理.离子辐照产生了平均尺寸为(11.10±5.41)nm,体密度约为2.40×10²² m^-3的细小位错环组织,未观察到明显的空洞组织.辐照后退火造成了位错环尺寸的长大和体密度的下降,分别为(18.25±16.92) nm和1.19×10²² m^-3.通过透射电镜的衍射衬度分析,判断辐照后退火样品中的位错环主要为a/2<111>类型位错环.通过“一步法” inside-outside衬度分析判断位错环为间隙型位错环.辐照后退火还造成了较大位错环之间接触融合,形成不规则形状的大型位错环.此外,退火后样品中还观察到了尺寸为1—2 nm的细小空洞组织.     

注氢纯铝中间隙型位错环一维迁移现象的原位观察

核聚变堆材料在高能粒子辐照过程中会产生大量点缺陷,导致辐照脆性和辐照肿胀等现象.因而,研究点缺陷在辐照过程中的演变过程至关重要.点缺陷团簇的一维迁移现象是这种演变过程的主要研究内容之一.本文采用普通低压(200 kV)透射电镜,在室温条件下对注氢纯铝中的间隙型位错环在电子辐照下的一维迁移现象进行了观察和分析.在200 keV电子辐照下,注氢纯铝中的位错环可多个、同时发生一维迁移运动,也可单个、独立进行一维迁移运动.位错环沿柏氏矢量1/3<111>的方向可进行微米尺度的一维长程迁移,沿柏氏矢量1/2<110>的方向一维迁移也可达数百纳米.电子束辐照时产生的间隙原子浓度梯度是引起位错环一维迁移并决定其迁移方向的原因.位错环发生快速一维迁移时,其后会留下一条运动轨迹;位错环一维迁移的速率越快,运动的轨迹则越长,在完成迁移过后的几十秒内这些运动轨迹会逐渐消失.     

bcc Fe中刃型位错的结构及能量学研究

基于位错理论,利用分子动力学方法建立了〈100〉{010},〈100〉{011},1/2〈111〉{011}和1/2〈111〉{112}刃型位错的芯结构,并计算了这四种刃型位错的形成能、位错芯能量和芯半径.计算结果表明：〈100〉{010}和〈100〉{011}刃型位错的形成能比1/2〈111〉{011}和1/2〈111〉{112}刃型位错的要高,这表明〈100〉刃型位错比1/2〈111〉刃型位错更难形成.而〈100〉{010}和〈100〉{011}刃型位错的芯半径比1/2〈111〉{011}和1/2〈111〉{112}刃型位错的小,这说明在1/2〈111〉刃型位错中位于奇异区的原子数多于〈100〉刃型位错,而这些原子要比完整晶体中的原子具有更大的活性.可见,1/2〈111〉刃型位错比〈100〉刃型位错更易运动,且〈100〉刃型位错在bcc Fe中难以形成.关键词：bcc Fe刃型位错分子动力学模拟     

Fe中刃型位错上扭折及掺杂体系的电子结构

利用离散变分方法和DMol方法,研究了体心立方Fe中1/2［111］（110）刃型位错上扭折及掺杂（N,O）体系的电子结构.能量（杂质偏聚能及格位能）计算结果表明,杂质元素N,O进入扭折芯区的偏聚趋势,这与位错扭折引起的晶格畸变有关.同时,在杂质元素周围有一些电荷聚集,导致扭折上电荷的不均匀分布,杂质原子得到电子,其周围Fe原子失去电子.由于N原子的2p轨道与近邻Fe原子的3d4s4p轨道之间杂化,使N原子与近邻Fe原子间有较强的相互作用,不利于扭折的迁移,使位错运动受阻,有利于材料强度的提高;而O与最近邻Fe原子之间的相互作用较弱.杂质-扭折复合体的局域效应明显影响体系的电子结构、能量及性能.关键词：电子结构刃型位错扭折杂质元素     

线刃型位错高斯光束在生物组织中偏振态的变化

基于广义惠更斯-菲涅尔原理,推导了生物组织传输中线刃型位错高斯谢尔模型光束交叉谱密度矩阵元的解析表达式,并比较了不同束腰宽度ω0x、离轴距离d、刃型位错斜率p、空间相关长度σ、σxy对光束轴上偏振度P(0,0,L)、方位角θ(0,0,L)和椭圆率e(0,0,L)的影响.研究表明,线刃型位错高斯谢尔模型光束ω0x越大,d越大,p越小,P(0,0,L)和e(0,0,L)变化越大且极值越小.σxy越大,P(0,0,L)、e(0,0,L)和θ(0,0,L)的绝对值越大.当σyy＞σxx时,源处θ＜0,反之θ＞0.σy与σxx差值绝对值越小,P(0,0,L)、θ(0,0,L)和e(0,0,L)的极值越大.随传输距离增大,P(0,0,L)、θ(0,0,L)和e(0,0,L)最终趋于稳定.     

金刚石中氦、氢含量的变化及在金刚石生长中的意义

天然金刚石自中心至边缘的显微傅里叶变换红外光谱研究表明:氮和氢在金刚石中的分布是不均匀的,这说明金刚石在整个生长过程中的物质环境是有差异的;中心至边缘的含氮总量、C-H键含量的总体降低趋势表明金刚石的生长过程是一个氮、氢的消耗过程,而中部的升高变化说明金刚石生长环境中存在氮、氢的补充,但氮补充得比氢更早一些.据此,可以将金刚石的生长过程划分为早期成核与长大、中期长大及末期长大三个阶段,其中早期和末期是氮和氢的消耗阶段,中期需要进行氮和氢的补充,且氮应该更早补充.氢对金刚石的生长是有利的,氢和氮不是以氮氢化合物的形式存在于金刚石生长的物质环境中,这暗示着在高温高压合成金刚石中欲引入氢,应当避免氮氢化合物的形成.     

纳米晶硅薄膜中氢含量及键合模式的红外分析

采用传统射频等离子体化学气相沉积技术在100—350℃的衬底温度下高速沉积氢化硅薄膜. 傅里叶变换红外光谱和Raman谱的研究表明,纳米晶硅薄膜中的氢含量和硅氢键合模式与薄膜的晶化特性有密切关系,当薄膜从非晶相向晶相转变时,氢的含量减少了一半以上,硅氢键合模式以SiH₂为主. 随着衬底温度的升高和晶化率的增加,纳米晶硅薄膜中氢的含量以及其结构因子逐渐减少. 关键词：氢化纳米晶硅薄膜红外透射谱氢含量硅氢键合模式     

氢化非晶硅薄膜中氢含量及键合模式的红外分析

Fourier红外透射(FTIR)谱技术是研究氢化非晶硅（a-Si∶H）薄膜中氢的含量（CH）及硅—氢键合模式（Si-Hn）最有效的手段.对用等离子体化学气相沉积（PCVD）方法在不同的衬底温度（Ts）下制备出的氢化非晶硅薄膜,通过红外透射光谱的基线拟合、高斯拟合分析,得到了薄膜中的氢含量,硅氢键合模式及其组分,并分析了这些参量随衬底温度变化的规律.     

硅晶体中点缺陷结合过程的分子动力学研究

采用分子动力学方法模拟研究了硅晶体中的空位和间隙原子的结合过程. 研究中采用了Stilliger-Weber三体经验势描述原子间的相互作用, 系统分别在低温300K和高温1400K进行弛豫. 计算中发现空位和间隙原子倾向于通过<111>方向结合,而<110>方向上存在着势垒. 通过势垒值的计算, 对Tang和Zawadzki势垒计算值的差异进行了解释.关键词：分子动力学空位与间隙原子扩散     

Interaction of Point Defects with Grain Boundaries in fcc Metals

Structures of several symmetrical tilt grain boundaries (GBs) with different tilt axes in Cu and Al and their interaction with vacancies and interstitials are studied using atomistic computer simulations with embedded-atom potentials. The lowest defect formation energy in a GB is found to correlate with the GB energy in both Cu and Al. Importantly, vacancies and self-interstitials in GBs have comparable formation energies, suggesting that both defects are equally important for GB diffusion and other properties. Vacancies in GBs can be either localized at certain sites or be delocalized over several sites. Some GB sites do not support a stable vacancy at all. Self-interstitial atoms can occupy relatively open interatomic positions, form split dumbbell configurations, or give rise to highly delocalized displacement zones. These structural forms of point defects have been observed across the whole set of twelve GBs in Cu and six GBs in Al studied in this paper as well as in our previous work [Interface Science 11, 131–148 (2003)]. It is suggested that these structural forms are general to all GBs in fcc metals. They can be explained by the existence of internal stresses and alternating tension and compression regions in the GB core.     

A chronological test of ocean-bottom spreading in the North Atlantic

Fission-track and K-Ar dating of basaltic glass from the Mid-Atlantic Ridge gives results which are consistent with the proposal of ocean-floor spreading. Correlation exists between the magnetic anomaly patterns over the Crest Mountains at 45°N and the age of the outcropping basalts. The observed sequences of ages progressing outward from the Median Valley 11,000, 230,000, 310,000, 750.000, 8,000,000, and 16,000,000 years constitute strong, direct support for the idea of ocean-bottom spreading.     

Helium/hydrogen synergistic effect in reduced activation ferritic/martensitic steel investigated by slow positron beam

Here, we investigated the irradiation defect in reduced activation ferritic/martensitic steels by slow positron beam. Three ion-irradiation experiments were carried out: (i) He²⁺ irradiation, (ii) H⁺ irradiation and (iii) He²⁺ irradiation followed by H⁺ irradiation, at temperature 450?°C. The presences of vacancy defects, represented by ?S_He+H parameter, induced by sequential irradiations was larger than the sum of defects, ?S_He parameter + ?S_H parameter, caused by single He ions and single H ions. The synergistic effect of He and H was confirmed clearly from the perspective of positron annihilation spectroscopy.