专为高温快中子核反应堆开发的独特复合材料

时间：2021-12-07 17:58:05来源：

来自NUST MISIS的科学家开发了一种独特的复合材料，该材料可在恶劣的温度条件下使用，例如在核反应堆中。夹层材料的显微硬度比其单个组件的显微硬度高3倍。这些性能可承受高达700C的温度。°研究结果发表在《 Material Letters》上。

为了制造新一代的快速中子反应堆，需要新的结构材料，因为被认为用于燃料元件壳体的钢无法承受所需的550-700C的加热。°

获得较硬材料的方法之一是通过严重塑性变形（SPD），即在高压下在特殊机器中变形的方法来制造复合材料。结果，获得了比其单个组分更硬的复合材料。同时，在材料中形成了较小的纳米晶体结构，表明加热时晶粒快速生长。因此，这样的材料具有低的热稳定性，并且在加热时失去显微硬度。

这是由NUST MISIS混合纳米结构材料实验室组成的团队。© 谢尔盖·格努斯科夫/诺斯米西斯

来自NUST MISIS混合纳米结构材料实验室的科学家找到了一种既提高复合材料的显微硬度又提高其热稳定性的方法。为此，科学家使用了一种SPD方法，即高压扭转（HPT），该方法允许使用钒合金创建特定的多层结构。

“我们创建了一个具有0.5毫米和0.3毫米钢层的样品，在两者之间添加了0.2毫米钒合金。因此，样品的总厚度为1mm。在HPT期间，将样品放置在两个平底撞针之间，并在数个HPa的施加压力下进行压缩。下撞针旋转，表面摩擦力迫使样品在剪切作用下变形。结果，我们获得了一个薄的多层结构。”—研究主管Stanislav Rogachev

对所得样品的评估表明，在HPT之后，“三明治”的强度比每个单个部件的强度提高了3倍。而且，多层结构使最终材料能够承受高达700℃的加热。°因此，首次获得了具有如此高的热稳定性的复合纳米结构夹层材料。这种材料有望用于许多高科技领域，例如先前提到的核反应堆。

接下来，科学家计划继续进行金属复合材料SPD的实验。具体来说，该团队将使用钢/锆，钢/铜和钢/铝组合。

参考：S. O. Rogachev，V。M. Khatkevich，S。A. Nikulin，M。V. Ignateva和A. A. Gromov，材料快报“通过高压扭力获得的高热稳定性多层钢/钒合金杂化材料”
10.1016 / j.matlet.2019.126527