Керамика для ядерного реактора: сверхвысокое давление создаёт материал, который самоорганизуется под облучением

Создание материалов для экстремальных условий (например, для активных зон ядерных реакторов или космических аппаратов) — интересная задача для современного материаловедения.

Физики из Донецкого физико-технического института им. Галкина (ДНР) показали, что радиационную стойкость керамики можно не просто улучшить, а «программировать» с помощью сверхвысокого гидростатического давления. Более того, под облучением такой материал демонстрирует феномен радиационно-стимулированной самоорганизации.

Ученые получили композитную керамику ZTA (оксид алюминия, упрочнённый частицами диоксида циркония, стабилизированного иттрием — YSZ). Ключевым шагом стало использование в качестве прекурсора нанопорошка оксида алюминия и применение высокого гидростатического давления (ВГД) на стадии прессования заготовок. Разное давление задавало разную будущую микроструктуру: при 300 МПа формировалась агрегатно-упрочнённая структура, а про 700 МПа — уникальная дисперсионно-упрочнённая структура с бимодальной матрицей.

После облучения (протоны, 2 МэВ) результат оказался совершенно разным. Первый образец сильно разрушился, а вот второй не только не деградировал, но и проявил себя весьма необычным образом: частицы YSZ начали направленно двигаться — диффундировать, выстраиваясь в протяжённые цепочные структуры внутри матрицы оксида алюминия. Наиболее выраженный эффект наблюдался при содержании 10% YSZ.

Результат интересный: облучение можно использовать не только как разрушительную силу, но и как инструмент для управляемого изменения структуры материала прямо в процессе эксплуатации.

Работа вышла в Journal of Alloys and Compounds при поддержке РНФ.

Источник: Пресс-служба ДОНФТИ