耐核辐照损伤的SiC/SiC复合材料连接及抗辐照机理研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    51872060
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    60.0万
  • 负责人：
    张杰
  • 依托单位：
    哈尔滨工业大学
  • 学科分类：
    E0204.结构陶瓷
  • 结题年份：
    2022
  • 批准年份：
    2018
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

SiC/SiC composite is an important fuel cladding material with require high radiation tolerant for the next generation fission reactor and fusion reactor. However, the research of robust joining and mechanism of nuclear irradiation resistance of the joint of the SiC/SiC composite is not enough. Two systems of glass solder (SiO2-Al2O3-Re2O3（Re：Y、Yb、Nd、Lu）and CaO-Al2O3) and three systems of solder (Ti3SiC2, Ti+Si and TiC+Si) are designed to join SiC/SiC composite. The addition of SiC and Si3N4 powders into the solder to form the composite solder will also be investigated. The effect of solder compositions, joining environment and parameters on the microstructure and mechanical properties of the joints will be studied systematically through experiments and simulations, and the joining mechanism of SiC/SiC composite will be revealed. The irradiation resistance of the joints will be researched using In-situ Ion Irradiation Transmission Electron Microscope (I3-TEM) and Ultra-High Voltage Electron Microscope (HVEM). The irradiation synergistic effect of different phases in the joints will also be studied. Combined with the finite element model of temperature and stress fields, the composition of solders can be optimized, and finally solders with good high temperature resistance and irradiation resistance will be obtained. The results will provide theoretical guidance and technical assistance for the joining technology of SiC/SiC cladding materials.
SiC/SiC复合材料是针对下一代核裂变反应堆和聚变反应堆对更高事故裕度需求的关键包壳材料之一，然而SiC/SiC的连接及接头抗辐照损伤研究刚刚起步。本项目拟采用SiO2-Al2O3-Re2O3（Re：Y、Yb、Nd、Lu）、CaO-Al2O3两种体系的玻璃-陶瓷焊料；Ti3SiC2、Ti+Si、TiC+Si三个Ti-Si-C体系焊料连接SiC/SiC，并在以上焊料体系中加入SiC和Si3N4粉末构成复合焊料，利用试验和理论计算方法，系统研究焊料成分和连接参数对接头组织和性能的影响规律。利用原位离子辐照透射电镜和高压电镜原位电子辐照，观察连接样品的抗辐照行为，分析接头内部构成相的辐照协同效应，结合应力场和热场计算，指导焊料成分设计，优化抗高温核辐照的焊料体系，揭示接头内构成相的有效调控机制，阐明SiC/SiC复合材料接头的抗辐照机理。为SiC/SiC包壳材料的连接提供理论指导和技术支持。

结项摘要

以建立耐辐照损伤的SiC陶瓷连接接头作为指导思想，设计了并制备了Y2O3-Al2O3-SiO2、CaO-Al2O3-SiO2、CaO-Al2O3-SiO2-LiO2三种玻璃-陶瓷焊料体系，通过对玻璃焊料的析晶处理，分析焊料的析晶行为。利用SRIM程序模拟了SiC母材以及焊料中析出晶相LiAlSi2O6、CaSiO3和CaAl2Si2O8的He离子辐照损伤结果，发现三种结晶产物的耐辐照损伤能力与SiC母材相当。通过调整焊料成分来调节焊料与母材的CTE匹配，以降低接头的残留应力。通过优化连接工艺参数，在1240℃保温10min条件下，所获得预氧化SiC接头的剪切强度达到127MPa。对接头进行400℃下300keV的He离子辐照试验，随着辐照剂量由4dpa增加到12dpa，接头界面保持完整，未发现辐照缺陷。SiC陶瓷母材的辐照损伤程度高于微晶玻璃焊缝，辐照产生的缺陷以及He泡在SiC内部距表面950nm的辐照损伤峰值区域聚集,导致SiC母材逐渐非晶化并出现微裂纹。而微晶玻璃内部的辐照损伤以及He泡分布更加均匀分散，展现出更好的辐照抗性。基于Raman光谱法对不同辐照条件下接头中SiC陶瓷一侧表面的残余应力进行测量，发现SiC表面的应力随着辐照剂量的增加，由压应力向拉应力转变。

项目成果

期刊论文数量（18）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（2）
Crystallization behavior and thermal properties of B2O3-containing MgO-Al2O3-SiO2-Li2O glass-ceramic and its wettability on Si3N4 ceramic
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  • DOI：
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  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    Journal of the European Ceramic Society
  • 影响因子：
    5.7
  • 作者：
    Sun Liangbo;Liu Chunfeng;Fang Jian;Zhang Jie;Lu Chengjie
  • 通讯作者：
    Lu Chengjie
Crystallization kinetic of Li2O-MgO-Al2O3-SiO2 glass-ceramic and its application for joining of porous Si3N4 ceramic
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  • 发表时间：
    2021-02
  • 期刊：
    Materials Characterization
  • 影响因子：
    4.7
  • 作者：
    Sun Liangbo;Fang Jian;Liu Chunfeng;Guo Songsong;Zhang Jie
  • 通讯作者：
    Zhang Jie
In-situ stabilized beta-Ti in Ti-base alloys to enhance C-f/SiC-Nb heterogenous joint
Ti基合金中的原位稳定β-Ti可增强C-f/SiC-Nb异质接头
  • DOI：
    10.1016/j.jallcom.2018.09.232
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    Journal of Alloys and Compounds
  • 影响因子：
    6.2
  • 作者：
    Sun Yan;Zhang Jie;Yuan Mingliang;Bai Dixing;Liu Chunfeng
  • 通讯作者：
    Liu Chunfeng
Residual stress, microstructure and corrosion behavior in the 316L/Si3N4 joint by multi-layered braze structure-experiments and simulation
多层钎焊结构316L/Si3N4接头的残余应力、显微组织和腐蚀行为-实验与模拟
  • DOI：
    10.1016/j.ceramint.2022.07.218
  • 发表时间：
    2022-07
  • 期刊：
    Ceramics International
  • 影响因子：
    5.2
  • 作者：
    Songsong Guo;Liangbo Sun;Jian Fang;Jie Zhang
  • 通讯作者：
    Jie Zhang
Microstructure and formation mechanism of C-f/SiC and Nb joint brazed with laminated amorphous Ti-Zr-Cu-Ni/crystalline Ti composite filler
层状非晶Ti-Zr-Cu-Ni/晶态Ti复合填料钎焊C-f/SiC与Nb接头的显微组织及形成机制
  • DOI：
    10.1016/j.vacuum.2020.109480
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    Vacuum
  • 影响因子：
    4
  • 作者：
    Sun Yan;Zhang Jie;Liu Chunfeng
  • 通讯作者：
    Liu Chunfeng

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  • 通讯作者：
    张杰

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AI项目解读示例

课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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