第十三届全国表面工程大会暨第十二届全国青年表面工程论坛

231 / 2020-09-22 11:26:05

核聚变堆用阻氚陶瓷涂层研究进展

核聚变; 氢同位素行为；阻氚陶瓷涂层；Al2O3

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       核聚变能以氘、氚为燃料，通过聚变反应释放出巨大能量，不仅原料非常丰富，且反应产物氦对环境无污染，是解决能源与环境危机的理想途径，已成为世界各国的战略研究目标。我国不仅参与了国际热核聚变实验堆计划（ITER），而且正式启动了中国聚变工程实验堆（CFETR）的设计研究工作。根据中国核聚变能发展战略，目前拟选用低活化钢作为核聚变堆首选包层结构材料。然而，氚极易渗透通过结构材料，造成聚变燃料的损失和氚放射性污染等严重后果。研究和发展高性能的阻氚材料，是聚变能材料发展中亟待解决的关键难题之一。迄今为止，在结构材料表面制备阻氚涂层是解决氚渗透问题的最有效措施。α-Al₂O₃具有优异的阻氚效果和高化学稳定性，被认为是当前最佳的阻氚涂层候选材料。但其成形温度一般高达1000℃以上，如此高的温度会恶化钢基体的组织从而影响其寿命，如何降低α-Al₂O₃的形成温度至今仍是一个挑战。针对上述问题，我们开发了激光辅助燃烧合成、热化学反应、同步包埋掺杂共渗等低温制备α-Al₂O₃阻氚涂层的新技术，揭示α-Al₂O₃阻氚涂层的低温形成机制与涂层致密化机理，实现在不影响基材组织的温度条件下制备α-Al₂O₃涂层，获得的涂层结构均匀、致密，表面光滑、无裂纹，与基材结合良好，并具有优异的抗热冲击、抗腐蚀及阻氢（氘、氚）性能。