[發明專利]高密度層錯的碳化硅材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202110235027.9
• 申請日: 2021-03-03
• 公開（公告）號: CN113024277B
• 公開（公告）日: 2022-01-28
• 發明（設計）人: 李炳生;戴亞堂;徐帥
• 申請（專利權）人: 西南科技大學
• 主分類號: C04B41/00
• 分類號: C04B41/00
• 代理公司: 成都方圓聿聯專利代理事務所(普通合伙) 51241
• 代理人: 宋紅賓

本發明公開了一種高密度層錯的碳化硅材料及其制備方法，制備方法包括以下步驟：第一步：選擇燒結碳化硅；第二步：利用硅源對碳化硅材料進行硅離子輻照；第三步：退火處理。本發明通過離子注入加高溫退火處理，可以在碳化硅內部產生高密度，長尺寸，特定方向的層錯。這將為制備高密度層錯的碳化硅材料提供了方法。

技術領域

本發明涉及一種高密度層錯的碳化硅材料及其制備方法，屬于碳化硅材料技術領域。

背景技術

碳化硅材料性能優越，是重要的核能結構材料，如燃料包殼管、流道插件。在核能應用環境中，碳化硅材料面臨強中子輻照，產生大量的空位、間隙子型缺陷。這些缺陷會降低材料諸多性能，如熱導率、耐腐蝕性能，導致晶界開裂等。因此，有必要提升碳化硅材料的耐輻照性能。已有研究發現碳化硅材料中存在層錯，間隙型缺陷在層錯內可以快速遷移，能夠增加缺陷恢復幾率，導致材料內剩余缺陷數目減少，由此提升材料的耐輻照性能。

如何在碳化硅中產生層錯是關鍵，以往的方法是在通過激光脈沖碳化硅材料。但是，這種方法產生的層錯密度低、長度短、隨機分布等特點。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供了一種高密度層錯的碳化硅材料及其制備方法，通過合適條件離子注入加高溫退火處理，可以在碳化硅內部產生高密度，長尺寸，特定方向的層錯。

本發明采用的技術方案是：

高密度層錯的碳化硅材料，通過以下制備方法獲得，制備方法包括以下步驟：

第一步：選擇燒結碳化硅；

第二步：利用硅源對碳化硅材料進行硅離子輻照；

第三步：退火處理。

其中，第一步中的碳化硅為六方結構，晶粒尺寸在4-10μm，致密度3.1g/cm³，六方結構碳化硅相含量≥98％，雜質含量控制在2％范圍。

第二步的硅離子輻照條件為：輻照能量為500keV-5MeV，輻照流強為1-10微安，輻照劑量為1-10×10¹⁵/cm²，室溫輻照。

第三步退火條件為：溫度為900-1200℃，保溫30分鐘，采用加熱棒升溫，自然降溫。

本發明具有的技術效果：

本發明通過離子注入加高溫退火處理，可以在碳化硅內部產生高密度，長尺寸，特定方向的層錯，為制備高密度層錯的碳化硅材料提供了方法。

附圖說明

圖1為本發明高密度/大尺寸層錯的碳化硅材料離子注入法制備工藝流程圖；

圖2為實施例的燒結碳化硅透射電子顯微鏡圖片：低倍TEM明場像；

圖3為實施例的離子注入法制備高密度/大尺寸層錯的碳化硅材料透射電子顯微鏡圖片：低倍TEM明場像；

圖4為實施例的離子注入法制備高密度/大尺寸層錯的碳化硅材料透射電子顯微鏡圖片：低倍TEM暗場像；

圖5為實施例的離子注入法制備高密度/大尺寸層錯的碳化硅材料透射電子顯微鏡圖片：高倍TEM明場像；

圖6為實施例的離子注入法制備高密度/大尺寸層錯的碳化硅材料透射電子顯微鏡圖片：高倍TEM暗場像；

圖7為激光脈沖法制備碳化硅材料透射電子顯微鏡圖片：高倍TEM明場像；

圖8為激光脈沖法制備碳化硅材料透射電子顯微鏡圖片：高倍TEM明場像；

圖9為激光脈沖法制備碳化硅材料透射電子顯微鏡圖片：高倍TEM明場像。

具體實施方式