[發明專利]一種具有高耐磨性與抗輻照性能的二硫化鉬/釔穩定氧化鋯復合薄膜及其制備方法有效

申請號：	202010719235.1	申請日：	2020-07-23
公開（公告）號：	CN111663110B	公開（公告）日：	2021-10-08
發明（設計）人：	王鵬;程勇;段澤文;趙曉宇	申請（專利權）人：	中國科學院蘭州化學物理研究所;中國科學院合肥物質科學研究院
主分類號：	C23C14/35	分類號：	C23C14/35;C23C14/06;C23C14/08;C23C14/58;C23C14/02
代理公司：	蘭州智和專利代理事務所(普通合伙) 62201	代理人：	張英荷
地址：	730000 甘***	國省代碼：	甘肅;62
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摘要：
搜索關鍵詞：	一種具有耐磨性輻照性能二硫化鉬穩定氧化鋯復合薄膜及其制備方法
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【說明書】：

本發明公開了一種具有高耐磨性和抗輻照性能的二硫化鉬/釔穩定氧化鋯復合薄膜（MoS₂/YSZ）的制備方法，是先采用射頻磁控濺射物理氣相沉積技術制備MoS₂/YSZ復合薄膜，然后將薄膜進行熱退火處理，消除MoS₂晶體在磁控濺射生長過程中的本征缺陷；得到的薄膜MoS₂(002)取向擇優，結晶性能良好，呈現出低摩擦、高耐磨性能（平均摩擦系數0.05，磨損壽命2×10⁵轉）和高耐磨抗輻照特性，實現了MoS₂/YSZ基復合薄膜低摩擦與抗輻照自適應的一體化，因此，可用于反應堆及聚變堆輻照環境下機械運動部件的潤滑。

技術領域

本發明涉及一種具有高耐磨性與抗輻照性能的二硫化鉬/釔穩定氧化鋯復合薄膜（MoS₂/YSZ）及其制備方法，主要用于反應堆及聚變堆輻照環境下機械運動部件的潤滑。

背景技術

能源是人類社會發展的基礎，核能源成為目前可大規模發展使用的清潔、安全、高效的重要資源。中國核電發展分三步走：先進壓水堆，快堆/增殖堆，聚變堆?，F階段大部分工作主要集中于反應堆核結構材料的抗輻照損傷機理研究。到目前為止，設計的反應堆核結構材料的抗輻照損傷劑量已接近200dpa。第四代反應堆和聚變堆工程設計已進入建設應用示范階段，核反應堆關鍵機械運動機構，如EAST裝置遙操臂的服役環境及要求愈加苛刻、復雜、多變：環境交變10^-5-10⁵Pa，中子通量10¹²-10¹⁵，高接觸應力1.5GPa，行程誤差小于0.1%等。反應堆輻照環境要求應用于機械運動部件的潤滑材料具備較高的耐輻照性。然而，目前對于固體潤滑材料在輻照環境下的損傷行為以及其累積效應與薄膜摩擦學性能之間的關聯機制鮮見報道。因此設計具有低摩擦，高耐磨和高抗輻照性能的固體潤滑薄膜材料對先進核能的設計、突破制約裝備安全可靠性和使用壽命的技術瓶頸具有劃時代的意義。

目前，在眾多的固體潤滑劑中，金屬硫化物是一種重要的材料，如WS₂，MoS₂，FeS，NbS₂等。其中MoS₂因其優良的潤滑性能以及較低的制備成本已經發展為最為廣泛的固體潤滑劑。計算顯示，納米結構MoS₂的最大原子離位數率可達1.51×10^-8 dpa/s，揭示了MoS₂具備一定的抗輻照性能。在摩擦領域，為提高薄膜的硬度、致密度、承載能力以及磨損壽命，在MoS₂中摻雜金屬、非金屬元素和氧化物等已發展成為一種有效的方法。但是大多數元素的摻雜是以犧牲MoS₂有序度，增加MoS₂晶體的不飽和性和引入空位等缺陷為代價的。這些缺陷的存在會大大降低S、Mo原子的離位閾值，降低了MoS₂晶體的本征抗輻照能力，進而促進輻照過程中碰撞級聯的產生，引起MoS₂的迅速非晶化，最終導致潤滑迅速失效。因此，急需發展一些新的技術與方法強化MoS₂基薄膜中MoS₂晶體的本征耐輻照性，使其在輻照環境下也能表現做出優異的潤滑性。