Xe22+ ауыр иондарының әрекеттесу кезіндегі радиациялық зақымданудың жинақталуының цирконий керамикасының жылуфизикалық параметрлерінің өзгеруінеәсерін зерттеу
DOI:
https://doi.org/10.31489/2023No1/5-11Кілт сөздер:
ZrO2 керамикасы, радиациялық ақаулар, жылуфизикалық қасиеттер, радиациялық зақымдану, ауыр иондар, дисперсті ядролық отынАңдатпа
Берілген мақаланың мақсаты нүктелік ақаулар, дислокациялар және бос орындар түріндегі радиациялық зақымданулардың пайда болу процестерінің, сондай-ақ олардың жинақталуының және ZrO2 керамикасының беткі қабатында жергілікті реттелмеген аймақтардың пайда болуының энергиясы 230 МэВ болатын Xe22+ ауыр иондарымен сәулелендіру кезінде керамиканың жылуфизикалық қасиеттерінің өзгеруіне әсерін бағалау болып табылады. Сәулелену үшін иондардың түрін таңдау ядролық отындағы ядролық реакциялар процесінде уран ядроларының бөліну фрагменттерінің әсерімен салыстырылатын радиациялық зақымдану процестерін модельдеу мүмкіндіктеріне байланысты. ZrO2 керамика түріндегі сәулелендіруге арналған материалдарды таңдау оларды жаңа буын реакторлары үшін дисперсті ядролық отынның инертті матрицалары үшін негізгі материал ретінде пайдалану перспективаларымен шартталған. Бұл таңдау ZrO2 керамикасының физикалық-химиялық, жылуофизикалық және беріктік қасиеттеріне байланысты, олар оксидті керамиканың басқа түрлерімен салыстырғанда төзімді болып табылады. Зерттеулер барысында сәулеленудің кіші флюенциясы кезінде оқшауланған жергілікті біртексіз аймақтардың пайда болуы зақымдалған керамикалық қабаттың жылуфизикалық қасиеттерінің айтарлықтай өзгеруіне әкелмейтіні анықталды. Алайда, 1012 ион/см2-ден жоғары сәулелену флюцияларында болатын t-ZrO2 → c-ZrO2 типті полиморфты түрлендірулер зақымдалған қабатта жылу өткізгіштіктің кемуіне және фонондық жылу алмасу механизмдерінің бұзылуына байланысты жылу жоғалтуларының пайда болуына әкеледі.
References
Liu Y., et al. Irradiation response of Al2O3-ZrO2 ceramic composite under He ion irradiation. Journal of the European Ceramic Society. 2021, Vol. 41, No.4, pp. 2883 – 2891. doi:10.1016/j.jeurceramsoc.2020.11.042
Shukla P.P., Lawrence J. Characterization and compositional study of a ZrO2 engineering ceramic irradiated with a fibre laser beam. Optics & Laser Technology. 2011, Vol. 43, No.7, pp. 1292 – 1300. doi:10.1016/j.optlastec.2011.03.026
Liu J., et al. In-situ TEM study of irradiation-induced damage mechanisms in monoclinic-ZrO2. Acta Materialia. 2020, Vol. 199, pp. 429 – 442. doi:10.1016/j.actamat.2020.08.064
Khrustov V.R., et al. Behavior of ceramics based on Al2O3 and ZrO2 nanopowders under gamma-ray irradiation. Inorganic Materials: Applied Research. 2014, Vol. 5, No.5, pp. 482 – 487. doi:10.1134/S2075113314050098
Wang Z.G., et al. Enhanced nucleation undercooling and surface self-nanocrystallization of Al2O3-ZrO2 (Y2O3) eutectic ceramics. Journal of the European Ceramic Society. 2019, Vol. 39, No. 4. P. 1707-1711. doi:10.1016/j.jeurceramsoc.2018.12.011
Yang M., et al. Ablation behavior of SiC whisker and ZrB2 particle-filled ZrO2 sol-gel composite coating under high-intensity continuous laser irradiation. Ceramics International. 2021, Vol. 47, No.18, pp. 26327-26334. doi:10.1016/j.ceramint.2021.06.043
Ghyngazov S.А., et al. Swift heavy ion induced phase transformations in partially stabilized ZrO2. Radiation Physics and Chemistry. 2022, Vol. 192, pp. 109917. doi:10.1016/j.radphyschem.2021.109917
Van Vuuren A.J., et al. Microstructural effects of Al doping on Si3N4 irradiated with swift heavy ions. Acta Phys. Pol. A. 2019, Vol. 136, pp. 241 – 244. doi:10.12693/APhysPolA.136.241
Costantini J.M. et al. Raman spectroscopy study of damage in swift heavy ion‐irradiated ceramics. Journal of Raman Spectroscopy. 2022, Vol. 53, No.9, pp. 1614 - 1624. doi:10.1002/jrs.6414
Chauhan V., Kumar R. Phase transformation and modifications in high-k ZrO2 nanocrystalline thin films by low energy Kr5+ ion beam irradiation. Materials Chemistry and Physics. 2020, Vol. 240, pp. 122127. doi:10.1016/j.matchemphys.2019.122127
Ciszak C., et al. Raman spectra analysis of ZrO2 thermally grown on Zircaloy substrates irradiated with heavy ion: Effects of oxygen isotopic substitution. Journal of Raman Spectroscopy. 2019, Vol. 50, No.3, pp. 425 – 435. doi:10.1002/jrs.5513
Ghyngazov S., et al. Surface modification of ZrO2-3Y2O3 ceramics with continuous Ar+ ion beams. Surface and Coatings Technology. 2020, Vol. 388, pp. 125598. doi:10.1016/j.surfcoat.2020.125598
Alin M., et al. Comprehensive study of changes in the optical, structural and strength properties of ZrO2 ceramics as a result of phase transformations caused by irradiation with heavy ions . Journal of Materials Science: Materials in Electronics. 2021, Vol. 32, No.13, pp. 17810 – 17821. doi:10.1007/s10854-021-06317-3
Alin M., et al. Study of the mechanisms of the t-ZrO2→ c-ZrO2 type polymorphic transformations in ceramics as a result of irradiation with heavy Xe22+ ions. Solid State Sciences. 2022, Vol. 123, pp. 106791. doi:10.1016/j.solidstatesciences.2021.106791
Deng Z.Y., et al. Microstructure and thermal conductivity of porous ZrO2 ceramics. Acta materialia. 2007, Vol. 55, No. 11, pp. 3663 – 3669. doi:10.1016/j.actamat.2007.02.014
