1. 研究目的与意义（文献综述）

随着全球对能源需求的不断增长和向无碳发电模式转变的愿望，核能的利用越来越受到人们的关注。许多裂变反应堆和核聚变反应堆的特点是很高的温度和很大的辐射量。在核聚变反应过程中，第一壁结构材料受到大量高能中子、电磁波、质子等粒子流的多重作用将产生大量的辐照缺陷，使宏观性能发生变化，减少使用寿命，从而影响设备使用的安全性。因此，这些电力系统需要先进的材料，使其能够在这些严酷的条件下可靠地运行。研究发现纳米团簇铁素体合金（NFA）可以满足要求且有大量的发展空间。与传统ODS合金相比，以Ti-Y-O纳米团簇为弥散强化相的NFA材料拥有更加卓越的断裂强度、屈服强度和高温蠕变强度。除此之外，Ti-Y-O纳米团簇在大剂量的辐射照射下有很强的稳定性，十分适合作为核聚变反应堆的管壁材料^[6]。

烧结温度对于材料的性能有着很大影响，随着烧结温度的升高，烧结体中孔隙的尺寸和数量逐渐减少。这是因为温度的升高，原子扩散速度加快，迁移距离增大，体积扩散和传质进行的比较充分，故而相对密度提高。根据实验数据可得，适当增加烧结温度可提高烧结体的抗拉强度和伸长率。在NFA材料的制备过程中，Ti-Y-O团簇结构在低于1000℃的条件下便可形成，但随着烧结温度的提高和时间的延长，团簇会发生粗化。当达到传统铁基合金的烧结温度（≥1300℃）时，团簇长大明显^[4,5]。在现在的制备过程中，考虑到这点，一般在1150℃~1200℃的条件下热等静压或热挤压获得NFA合金，后续再进行热处理。该工艺虽能制备优异的合金，但过程繁琐成本较高，若能通过调整合金成分等改进方式，优化纳米团簇的结构和特性，同时降低合金烧结温度，则可在降低NFA合金制造成本的同时进一步提升材料的物理性能。在一些研究中，已经表明Si元素可与Y、O元素在烧结中可形成复合纳米强化相，且适当添加Si能降低最佳烧结温度，从而使较低的烧结温度就可获得制品，并极大的提高合金的相对密度和力学性能，减小粗化可能^[2,9]。同时，Si是一种扩散系数较高的元素，添加到抗辐照钢中，可以增加空位的活动能力，降低空位过饱和浓度，从而减少空洞的形核率，延长辐照肿胀孕育期，使合金在更长的辐照时间下才会发生辐照肿胀，表现为合金抗辐照肿胀性能的提高。因此，Si元素的添加不仅能减少制备成本，制备时间还能获得高质量，性能更优异的制件。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

1.分别在1300℃和1350℃下对合金粉末进行烧结，对烧结体进行金相观察、硬度测试、相对密度测试、烧结收缩率测试，分析比较。

2.在合金粉末中添加不同质量分数的si元素，在相同温度下进行烧结，对烧结体进行组织、硬度、相对密度和烧结收缩率，分析比较。

3. 研究计划与安排

第1－3周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案，并完成开题报告。

第4－6周：按照设计方案，制备性能较好的nfa合金粉末。

第7－10周：进行真空或微波烧结实验并进行力学性能测试。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 王成国, 吴军. fe—c—ti机械合金化粉末的电子显微试样制备及分析[j]. 粉末冶金技术, 1998(1):52-56.

[2] gan k, gum. the compressibility of cu/sic p, powder prepared by high-energy ballmilling[j]. journal of materials processing technology, 2008, 199(1–3):173-177.

[3] phasha m, maweja k, babst c. mechanical alloying by ball milling of ti andmg elemental powders: operation condition considerations[j]. journal of alloysamp; compounds, 2010, 492(1–2):201-207.