一种自发形成气体通道的金属复合材料的制作方法

本发明属于金属材料领域，涉及一种自发形成气体通道的金属复合材料。

背景技术：

随着化石燃料的日渐枯竭，能源危机逐步显现。核能以其绿色清洁、高能量密度等诸多优点成为有力的下一代能源竞争者，引起了世界各国的广泛关注。然而核反应堆的安全性问题一直广受诟病，严重制约了其发展。因此设计新一代更安全的核反应堆金属结构材料就成为一项重要的研究课题。

众所周知，聚变反应产生会产生氢气、氦气，裂变反应会产生氪气，这些气体会因为核反应高速轰击到核反应堆金属结构材料中。然而氢、氦和氪在金属材料中的溶解度很低，常常会与高能中子轰击产生的空位等辐照缺陷相互聚集，形成氢泡、氦泡、氪泡、空洞等大尺寸的辐照缺陷，进而加速材料的失效。为了解决该难题国内外学术工作者提出了界面工程[weizhonghanetal.advancedmaterials25(2013)6975–6979]，通过高浓度的界面来有效减少空位和间隙原子浓度并控制缺陷的聚集长大，提高材料的服役寿命。但是界面工程只能通过促进空位与间隙原子相互复合来降低其浓度，却无法降低注入到材料中的氢、氦和氪的浓度。

综上所述，核反应会产生的高能的氢、氦和氪，注入到材料中，进而加速材料的失效。但是还没有行之有效的方法去降低材料中氢、氦和氪的浓度。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种自发形成气体通道的金属复合材料，该材料可以自发形成通道将氢、氦和氪等气体排出，从而降低材料中氢、氦及氪的浓度较低。

为达到上述目的，本发明所述的自发形成气体通道的金属复合材料包括自上到下依次分布的若干层，其中，相邻两层的相的结构或成分不同，且相邻两层之间的界面处形成有气体通道。

在制备时，设相邻两层的相分别为a相及b相，且a相侧产生失配位错，使得a相侧表现为压应力，b相侧表现为拉应力，a相侧与b相侧之间存在界面，在a相侧中及b相侧中靠近该界面的一侧形成若干空位，且在a相侧靠近该界面的一侧中的空位定向运输至b相侧，实现空位从a相向b相的定向运输，此时在a相侧与b相侧之间的界面处注入氢气、氦气或者氪气，通过氢气、氦气或者氪气及界面处的空位形成气泡，并紧贴该界面聚集在b相侧上，随着气泡的增大，并最终在a相侧与b相侧之间的界面处形成气体通道。

相邻两层的材质分别为铜及银。

在a相侧与b相侧之间的界面处辐照注入氢气、氦气或者氪气。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的自发形成气体通道的金属复合材料包括自上到下依次分布的若干层，相邻两层的相的结构或者成分不同，邻两层之间的界面处形成有气体通道，该气体通道可以将注入到材料中的氢气、氦气及氪气等气体分子导通到金属复合材料外部，以降低氢、氦和氪等辐照产生的气体在材料内部的浓度。

附图说明

图1为本发明的原理图；

图2为本发明制备时的原理图；

图3为本发明的一种结构示意图；

图4为本发明中铜银复合材料的扫描电镜照片图；

图5为本发明中铜银复合材料经过氦离子辐照后的透射电镜照片图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参考图1，本发明所述的自发形成气体通道的金属复合材料包括自上到下依次分布的若干层，其中，相邻两层的相的结构或成分不同，且相邻两层之间的界面处形成有气体通道。

参考图2，在制备时，设相邻两层的相分别为a相及b相，则a相侧产生失配位错，使得a相侧表现为压应力，b相侧表现为拉应力，a相侧与b相侧之间存在界面，在a相侧中及b相侧中靠近该界面的一侧形成若干空位，且a相侧中靠近该界面的一侧中的空位定向运输至b相侧，实现空位从a相向b相的定向运输，此时在a相侧与b相侧之间的界面处注入氢气、氦气或者氪气，从而通过氢气、氦气或者氪气及界面处的空位形成气泡，并紧贴该界面聚集在b相侧上，随着气泡的增大，并最终在a相侧与b相侧之间的界面处形成气体通道。

本发明所述的相包括a相及b相，但不限于两相的组合，也可以是三相或更多相的组合，所述相为纯金属相、金属间化合物、固溶体或合金。

实施例一

参考图4，铜(黑色的相)和银(白色的相)呈层状分布，界面浓度高，经过对上述合成的铜银复合材料进行氦离子辐照，参考图5，发现在界面中银相一侧空洞紧贴在界面上，而在铜相一侧靠近界面处出现无缺陷区域，这是因为界面将铜相中靠近界面处的空位定向运输到了银相中，最后在银层中形成通道将银层中的氦气导出到材料外面。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种自发形成气体通道的金属复合材料，包括自上到下依次分布的若干层，其中，相邻两层的相的结构或成分不同，且相邻两层之间的界面处形成有气体通道，该材料中氢、氦及氪的浓度较低。

技术研发人员：韩卫忠;王敏;仰坪炯
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：2019.01.21
技术公布日：2019.06.21