【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于阻氢渗透材料，具体涉及一种阻氢同位素扩散材料及其制备方法和应用、一种第一壁材料及其应用。
技术介绍
1、核聚变堆中，高密度氘-氚等离子体将直接作用于第一壁材料，并易在第一壁及其结构材料中扩散、渗透甚至发生泄露，降低第一壁及其结构材料的力学性能，影响核聚变燃料自持并造成环境的放射性污染，因此，如何防止或降低氚在聚变堆第一壁及其结构材料中的扩散是目前聚变能发展过程中的关键技术难题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种阻氢同位素扩散材料及其制备方法和应用、一种第一壁材料及其应用。本专利技术提供的阻氢同位素扩散材料具有膜-基结合力高、相容性好、溅射阈值高、阻氢同位素扩散性能优异的特点。
2、为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
3、本专利技术提供了一种阻氢同位素扩散材料，包括叠层设置在钨基体表面的富氦钨层和纯钨层；所述富氦钨层中氦含量≥1×105ppm。
4、优选地，所述富氦钨层的厚度为10～50nm。
5、优选地，所述纯钨层的厚度为50～1000nm。
6、本专利技术提供了上述技术方案所述阻氢同位素扩散材料的制备方法，包括以下步骤：
7、在钨基体表面进行等离子体辐照，即在钨基体表面制备富氦钨层；
8、基于纯钨靶材，采用磁控溅射的方法在所述富氦钨层表面制备纯钨层，即在钨基体表面得到所述阻氢同位素扩散材料。
9、优选地，所述等离子体辐照的条件包括：在钨基
10、优选地，所述磁控溅射在氩气气氛中进行，所述氩气的流量为20～100sccm。
11、优选地，所述磁控溅射的条件包括：在富氦钨层上施加-20～-50v偏压，所述富氦钨层以5～10r/min速率保持旋转，所述富氦钨层的温度不高于40～60℃。
12、本专利技术提供了上述技术方案所述阻氢同位素扩散材料或上述技术方案所述制备方法制备的阻氢同位素扩散材料在第一壁材料中的应用。
13、本专利技术提供了一种第一壁材料，包括上述技术方案所述阻氢同位素扩散材料或上述技术方案所述制备方法制备的阻氢同位素扩散材料。
14、本专利技术提供了上述技术方案所述第一壁材料在聚变堆中的应用。
15、本专利技术提供了一种阻氢同位素扩散材料，包括叠层设置在钨基体表面的富氦钨层和纯钨层。在本专利技术中，富氦钨层的作用是在服役过程中提供氢同位素向表层扩散的通道，从而能够阻碍其往钨基体内部的进一步扩散；纯钨层作为保护层，与富氦钨层的界面能够俘获高浓度氢，与富氦钨层共同起到阻碍氢扩散的效果，使所得阻氢同位素扩散材料具有高的溅射阈值和低的溅射产额；同时纯钨层能够有效延缓富氦钨层在服役过程中经受等离子体溅射后的破坏，保证阻氢同位素扩散材料的服役寿命；再者，纯钨层与基底成分一致，具有优异的相容性和结合力，保证了所得阻氢同位素扩散材料在高温下结构的稳定，解决了高温条件下薄膜剥落的问题。实施例显示，本专利技术利用富氦钨层和纯钨层/钨基体界面对氢同位素扩散的阻碍作用，将氘等离子体辐照后钨基体中氘滞留量降低至原先的5％～20％。
16、进一步地，本专利技术基于富氦钨层及钨基体界面对氢同位素扩散的抑制作用，在聚变堆第一壁材料表面构筑具有阻氢同位素扩散功能的阻氢同位素扩散材料，实现对聚变堆氢同位素渗透的有效控制，所述阻氢同位素扩散材料的制备方法可用于制备具有阻氢同位素扩散性能的聚变堆结构材料及储氢工业材料。
17、进一步地，本专利技术在第一壁材料表面构筑阻氢同位素扩散材料，使其发挥阻碍氚渗透作用，从而极大降低阻氢同位素扩散材料的服役压力，有效控制阻氢同位素扩散材料在辐照、热环境或机械变形下失效后的氚泄漏，并降低氚回收成本和技术难度。
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1.一种阻氢同位素扩散材料，其特征在于，包括依次叠层设置在钨基体表面的富氦钨层和纯钨层；所述富氦钨层中氦含量≥1×105ppm。
2.根据权利要求1所述的阻氢同位素扩散材料，其特征在于，所述富氦钨层的厚度为10～50nm。
3.根据权利要求1或2所述的阻氢同位素扩散材料，其特征在于，所述纯钨层的厚度为50～1000nm。
4.权利要求书1～3任一项所述阻氢同位素扩散材料的制备方法，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述等离子体辐照的条件包括：在所述钨基体上施加-200V以下的偏压，所述钨基体的温度为100～400℃；氦等离子体通量不低于1019ions/m2s，辐照剂量为1024～1027ions/m2。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述磁控溅射在氩气气氛中进行，所述氩气的流量为20～100sccm。
7.根据权利要求4或6所述的制备方法，其特征在于，所述磁控溅射的条件包括：在所述富氦钨层上施加-20～-50V偏压，所述富氦钨层以5～10r/min速率保持旋转，所
8.权利要求1～3任一项所述阻氢同位素扩散材料或权利要求4～7任一项所述制备方法制备的阻氢同位素扩散材料在第一壁材料中的应用。
9.一种第一壁材料，包括权利要求1～3任一项所述阻氢同位素扩散材料或权利要求4～7任一项所述制备方法制备的阻氢同位素扩散材料。
10.权利要求9所述的第一壁材料在聚变堆中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种阻氢同位素扩散材料，其特征在于，包括依次叠层设置在钨基体表面的富氦钨层和纯钨层；所述富氦钨层中氦含量≥1×105ppm。
2.根据权利要求1所述的阻氢同位素扩散材料，其特征在于，所述富氦钨层的厚度为10～50nm。
3.根据权利要求1或2所述的阻氢同位素扩散材料，其特征在于，所述纯钨层的厚度为50～1000nm。
4.权利要求书1～3任一项所述阻氢同位素扩散材料的制备方法，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述等离子体辐照的条件包括：在所述钨基体上施加-200v以下的偏压，所述钨基体的温度为100～400℃；氦等离子体通量不低于1019ions/m2s，辐照剂量为1024～1027ions/m...
【专利技术属性】
技术研发人员：王鹏，张弘，乔丽，张学希，
申请(专利权)人：中国科学院兰州化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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