[发明专利]高密度层错的碳化硅材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高密度层错的碳化硅材料及其制备方法，制备方法包括以下步骤：第一步：选择烧结碳化硅；第二步：利用硅源对碳化硅材料进行硅离子辐照；第三步：退火处理。本发明通过离子注入加高温退火处理，可以在碳化硅内部产生高密度，长尺寸，特定方向的层错。这将为制备高密度层错的碳化硅材料提供了方法。

技术领域

本发明涉及一种高密度层错的碳化硅材料及其制备方法，属于碳化硅材料技术领域。

背景技术

碳化硅材料性能优越，是重要的核能结构材料，如燃料包壳管、流道插件。在核能应用环境中，碳化硅材料面临强中子辐照，产生大量的空位、间隙子型缺陷。这些缺陷会降低材料诸多性能，如热导率、耐腐蚀性能，导致晶界开裂等。因此，有必要提升碳化硅材料的耐辐照性能。已有研究发现碳化硅材料中存在层错，间隙型缺陷在层错内可以快速迁移，能够增加缺陷恢复几率，导致材料内剩余缺陷数目减少，由此提升材料的耐辐照性能。

如何在碳化硅中产生层错是关键，以往的方法是在通过激光脉冲碳化硅材料。但是，这种方法产生的层错密度低、长度短、随机分布等特点。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种高密度层错的碳化硅材料及其制备方法，通过合适条件离子注入加高温退火处理，可以在碳化硅内部产生高密度，长尺寸，特定方向的层错。

本发明采用的技术方案是：

高密度层错的碳化硅材料，通过以下制备方法获得，制备方法包括以下步骤：

第一步：选择烧结碳化硅；

第二步：利用硅源对碳化硅材料进行硅离子辐照；

第三步：退火处理。

其中，第一步中的碳化硅为六方结构，晶粒尺寸在4-10μm，致密度3.1g/cm³，六方结构碳化硅相含量≥98％，杂质含量控制在2％范围。

第二步的硅离子辐照条件为：辐照能量为500keV-5MeV，辐照流强为1-10微安，辐照剂量为1-10×10¹⁵/cm²，室温辐照。

第三步退火条件为：温度为900-1200℃，保温30分钟，采用加热棒升温，自然降温。

本发明具有的技术效果：

本发明通过离子注入加高温退火处理，可以在碳化硅内部产生高密度，长尺寸，特定方向的层错，为制备高密度层错的碳化硅材料提供了方法。

附图说明

图1为本发明高密度/大尺寸层错的碳化硅材料离子注入法制备工艺流程图；

图2为实施例的烧结碳化硅透射电子显微镜图片：低倍TEM明场像；

图3为实施例的离子注入法制备高密度/大尺寸层错的碳化硅材料透射电子显微镜图片：低倍TEM明场像；

图4为实施例的离子注入法制备高密度/大尺寸层错的碳化硅材料透射电子显微镜图片：低倍TEM暗场像；

图5为实施例的离子注入法制备高密度/大尺寸层错的碳化硅材料透射电子显微镜图片：高倍TEM明场像；

图6为实施例的离子注入法制备高密度/大尺寸层错的碳化硅材料透射电子显微镜图片：高倍TEM暗场像；

图7为激光脉冲法制备碳化硅材料透射电子显微镜图片：高倍TEM明场像；

图8为激光脉冲法制备碳化硅材料透射电子显微镜图片：高倍TEM明场像；

图9为激光脉冲法制备碳化硅材料透射电子显微镜图片：高倍TEM明场像。

具体实施方式