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氦脆

氦脆,也稱為Helium embrittlement,是指材料中因惰性氣體氦(He)的積累而引起的脆化現象。這一現象在裂變堆聚變堆的結構材料中尤為顯著,主要是由於以下兩個原因造成的:

在裂變堆中,材料因(n,α)反應產生氦;

在聚變堆中,一壁材料還由於電漿中洩漏出來的氦粒子(He核)的轟擊而產生氦的澱積。

為了抑制氦脆效應,可以從以下兩個方面著手:

開發抗氦脆材料;

對現有材料進行改性,提高其抗氦脆能力。

例如,奧氏體不鏽鋼雖然廣泛套用於裂變反應堆中,但這種鋼在第一壁和增殖包層甚至托卡馬克中的套用存在很多限制,如屈服強度低、不能抗輻照腫脹等。因此,人們陸續開發了一些既有良好抗輻照性能,又有較好高溫力學性能的結構材料,如降低活性的鐵素體/馬氏體鋼釩合金SiC/SiC複合材料等。

此外,氦脆對金屬納米硬度的影響主要體現在以下幾個方面:

硬度值是由起始塑性變形抗力和繼續塑性變形抗力決定的,材料的強度越高,塑性變形抗力越高,硬度值也就越高。

如果氦氣泡是在靜置過程中材料中自己逸出的,這個過程導致系統的能量下降,這會導致硬度的下降。若氦氣泡是外界的強勢氣氛所導致的,那麼系統的能量是增強的,硬度應該是上升。

若氦氣泡僅僅是在局部加工應力下導致了開裂,那麼其對硬度應該沒有影響,因為硬度的屬性屬於組織結構,局部的裂紋無關。