Внутризеренные кластеры дефектов в наноструктурных материалах сильно зависят от размера зерен. Экспериментальное исследование наноструктурного Ti, полученного равноканальным угловым прессованием (ECAP) [7], показало, что в крупноразмерных зернах (> 320 нм) могут обнаруживаться субзерна и дислокационные ячейки, в то время как в среднеразмерных зернах (130-600 нм) наблюдается ячеистая структура без промежуточных субзерен. Однако в зернах и субзернах, меньших, чем 150 нм, дислокационные ячейки не наблюдались, и зерна, меньшие, чем 100 нм, характеризовались отсутствием дислокаций в своем объеме. Кроме того, радиационно-индуцированные точечные дефекты способны легко перемещаться к границам зерен ввиду крайне малого размера зерен. Поэтому размер зерен и характер границ зерен или границ субзерен в наноматериалах играют доминирующую роль в эволюции микроструктуры за счет облучения [8].
Исследования облученных наноматериалов можно классифицировать, прежде всего, по типу ионов, используемых для облучения: 1) ионы инертных газов (Ar, Xe, Kr) [9-12], 2) ионы He [13, 14], 3) ионы металлов [15, 16]. Безусловно, от типа ионов, а также от их энергии, дозы и температуры имплантации, будет зависеть характер и степень радиационных повреждений (накопление дефектов, аморфизация структуры наноматериала, блистеринг, изменение механических свойств и т.д.).
Ряд авторов отмечает положительное влияние наноструктуры на снижение доли аморфизации и радиационного распухания для наноструктурных ферритных, феррито-мартенситных и аустенитных сталей типа MA957, 14YWT, М93 и SUS316L [17-19], а также для нитридных пленок (TiN, VN, CrN) [20-23] и других объектов. Возможность снижения отрицательного влияния облучения путем перехода к наноструктурному состоянию делает наноматериалы на основе хромистых сталей, карбида кремния и вольфрама перспективными кандидатами для использования в новых моделях быстрых реакторов, газоохлаждаемых высокотемпературных реакторов и в реакторах синтеза типа ИТЕР [13, 15, 17-19, 24]. В то же время, в случае изолированных нанокристаллов, например, ZrO2 [11] и Cu [16] имеет место их аморфизация, что является следствием конкуренции радиационно-стимулированных процессов аморфизации и удаления радиационных дефектов в наноматериалах. Вклад этих двух процессов сопоставляется в работах [25, 6]. Развитая сеть границ раздела между зёрнами способствует как повышению избыточной свободной энергии, что снижает энергетический барьер для аморфизации, так и удалению радиационных дефектов, что предотвращает аморфизацию. Следовательно, важным является вопрос определения превалирующего влияния того или иного фактора. Как уже отмечалось, в большинстве случаев сделать это можно только экспериментально.
В настоящее время перспективными радиационно-стойкими материалами являются объемные (3D) нанокомпозиты, состоящие из матрицы и включений в виде нанокристаллов (нанозерен), и многослойные (2D) нанокристаллические покрытия. Принцип архитектуры таких материалов основан на двух идеях: 1) увеличении площади поверхностей границ раздела, выступающих как эффективные стоки для радиационных точечных дефектов, с уменьшением размера зерна и/или толщины одного слоя, 2) использовании в материале несмешиваемых фаз, предотвращающих интенсивное перемешивание элементов.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.