新的显微技术将助力新型核反应堆材料的开发

图片来源：北卡罗来纳州立大学

      Afsaneh Rabiei开发出了一款装置，该装置可以在高达1000°C，同时施加高达2千兆帕的应力下，实时捕获样品的SEM图像。

      据报道，即使材料暴露在极端的温度和压力下，新的显微技术也可以使研究人员实时跟踪到材料中的微观结构变化。利用该技术，研究人员发现了一种叫做709的不锈钢合金具有高温应用的潜力，可以应用在核反应堆结构中。

      “709合金不仅具有较高的强度，并且长时间暴露在高温下仍具有极强的抗损伤能力，这就使得它成为了一种炙手可热的新一代核电材料。”北卡罗来纳州立大学材料科学与工程学院教授Afsaneh Rabiei，也是该文章的第一作者说道。

      “然而，709合金是一种新型材料，人们对于其在高温和高载荷下的性能还有待了解。因此美国能源部表示，我们需要更多地了解其热力学和结构特性，以确定其在核反应堆中使用的可行性。”

      为了消除能源部的顾虑，Rabiei提出了一个新的解决方案。与日立、牛津仪器和Kammrath＆Weiss三家公司合作，Rabiei开发出了一种新装置，该装置可以在高达1000°C，同时施加高达2千兆帕的应力下，实时捕获样品的SEM图像。

      “这意味着我们可以在高温测试中观察到材料的裂纹扩展、损伤形核和微观结构变化，并且这不仅仅局限于709合金的观察，其还可以拓展到任何基体材料中，”Rabiei说，“它可以帮助我们了解材料在不同条件下失效的原因：从室温到1000°C，以及0到2千兆帕的应力范围内。”

      Rabiei的团队与英国伯明翰大学合作，将1毫米厚的合金样品暴露在高达950°C的温度下，直到材料“失效”或断裂，以此来评估709合金在高温和高载荷下的力学和显微结构特性。

      “709合金的性能要优于316不锈钢，这也是目前在核反应堆中使用该材料的原因，”Rabiei说，“研究表明，709合金的强度在任何温度下均高于316不锈钢，这也意味着其在失效前可以承受更大的应力。例如，709合金在950℃时所能承受的应力与316不锈钢在538℃时所能承受的应力一样多。

      “我们的显微镜技术使我们能够监测到整个过程的空洞形核和裂纹扩展，以及材料微观结构的变化，”Rabiei说，“这是一项很有的前景的工作，但我们仍有很多工作要做。而我们的下一步计划是要评估709合金，在周期性载荷或循环应力条件下高温力学性能的好坏。”


原文来自：materialstoday，原文题目：New microscopy technique reveals strengths of new alloy，由材料科技在线团队翻译整理。