Towards Radiation Tolerant Materials: Evaluation of Radiation Effects in interface-rich, nanostructured Cu-Fe-Ag

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenMasterarbeit

Organisationseinheiten

Abstract

Neueste Entwicklungen in Kernspaltungs- und Kernfusionstechnologie, sowie geplante Langstrecken-Weltraummissionen verlangen nach neuartigen Materialien, die den dort vorherrschenden Belastungen standhalten. Die größte Herausforderung für Werkstoffe, die hier Anwendung finden, sind strahlungsinduzierte Härtung und Versprödung, sowie Anschwellen des Materials. Die grundlegenden Mechanismen hierfür sind Ein- und Zusammenlagerung von Gitterdefekten, die durch die einfallenden Strahlungsteilchen generiert werden. Grenzflächen, wie zum Beispiel freie Oberflächen oder Phasengrenzen, sind bekannt dafür Gitterdefekte einzufangen und auszulöschen und dadurch die Bildung von Defekt-Clustern zu verhindern. In dieser Arbeit wurden Nanokomposite von unterschiedlicher Korngröße aus Cu-Fe-Ag durch mechanisches Legieren mit Hochdrucktorsionsverformung hergestellt. Zusätzlich wurden nanoporöse Proben durch elektrochemisches Ätzen gefertigt. Der Einfluss von Protonen- und Helium-Ionenbestrahlung auf die mechanischen Eigenschaften der unterschiedlich strukturierten Materialien wurde durch Nanoindentation untersucht. Die Auswirkung von verschiedenen Helium-Dosen auf das Schwellverhalten der Proben wurde mittels Rasterkraftmikroskopie gemessen. Den untersuchten Nanokompositen konnte Toleranz gegen Protonen-Strahlungsschäden nachgewiesen werden. Die Massivmaterialien zeigten eine leichte Abnahme in Härte nach der Bestrahlung, während die Eigenschaften des nanoporösen Werkstoffs größtenteils unverändert blieben. Bestrahlung mit Helium-Ionen führt zu Blasenbildung innerhalb des Werkstoffs und in weiterer Folge zu beträchtlichem Anschwellen und einem schaumartigen Verhalten der mechanischen Eigenschaften. Es stellte sich heraus, dass, je nach Helium-Dosis und Grenzflächenabstand, unterschiedliche Mechanismen die Heliumblasenbildung dominieren. Die beobachtete Dosisabhängigkeit der mechanischen Eigenschaften sowie des Anschwellens von ultra-feinkörnigem und nanokristallinem Material kann auf das hier vorgestellte Modell für Blasenbildung und -wachstum zurückgeführt werden.

Details

Titel in ÜbersetzungAuf dem Weg zu strahlungsbeständigen Materialien: Evaluierung von Strahlungseffekten in grenzflächenreichem, nanostrukturiertem Cu-Fe-Ag
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Gradverleihende Hochschule
Betreuer/-in / Berater/-in
Datum der Bewilligung23 März 2018
StatusVeröffentlicht - 2018