中文摘要：

纳米层状晶体结构的三元化合物Ti3SiC2 （MAX phases）是一种新型的高性能综合性陶瓷材料-金属陶瓷材料，在未来反应堆材料中具有潜在的应用可能性。本项目将在探索低温度条件下磁控溅射沉积Ti3SiC2薄膜的基础上，对Ti3SiC2薄膜材料在高温高通量中子辐照环境下的氦损伤特性进行实验模拟研究。应用建立的自辐照离子与H, He的协同作用模拟系统，研究Ti3SiC2材料在不同温度范围和不同的氦氢产额/与损伤速率（dpa剂量）比下氦原子与缺陷及氢的相互作用及影响。结合实验模拟和理论计算，了解Ti3SiC2材料在高温高通量中子辐照损伤及其嬗变产物氦和氢的共同作用下，Ti3SiC2相材料的微观结构和氦行为演化及机制。

结论摘要：

纳米层状晶体结构的三元化合物Ti3SiC2 （MAX phases）是一种新型的高性能综合性陶瓷材料-金属陶瓷材料，在未来反应堆材料中具有潜在的应用可能性。本项目旨在探索低温度条件下溅射沉积Ti3SiC2 薄膜，对Ti3SiC2材料进行离子辐照移位损伤和氦损伤特性的研究。为此我们进行了以下几方面工作（1）单相MAX材料薄膜的制备首次成功地用射频磁控溅射方式制备了MAX相薄膜材料。与直流磁控溅射相比，射频激发可大大增加等离子体密度，有益于降低沉积温度。靶材采用两种方式，一是有Ti、Si、C组成的复合靶，另一是Ti、Si复合靶+乙炔碳源。当采用复合靶时，在Si（001）衬底上、沉积温度为700℃时形成了高度（105）择优取向的单相Ti3SiC2晶体薄膜（分析为单晶）。当采用乙炔作为碳源生长Ti3SiC2薄膜时，在蓝宝石Al2O3基片上900℃时生成了（102）取向的单晶MAX 相。（2）Ti3SiC2材料辐照损伤研究用 700 keV Si、C和 110 keV He离子分别对Ti3SiC2材料进行了辐照损伤研究。首次发现MAX材料在室温高损伤剂量下部分分解产生TiC纳米晶相，其损伤程度随剂量增加。但在20 dpa辐照剂量下，未分解的晶体仍为晶相。随辐照温度增加，损伤降低，当辐照温度大于一定值(~200°C）时，就无分解相TiC产生。在所调查的温度范围内，存在一最低损伤温度~350°C。这一损伤现象是不同温度下移位级联中产生缺陷的迁移、聚集、复合不同行为作用的结果。 He离子辐照损伤与Si、C离子不同的是在低辐照剂量下（～0.1dpa ）,峰向左位移并产生严重宽化，说明晶格膨胀和产生微观应力严重。这是由于注入的氦很容易扩散与空位结合从而产生较多的未被复合的间隙原子，同时氦也容易聚合产生自间隙原子的结果. （3）氢氦在Ti3SiC2的行为的第一原理计算研究了单个H或He原子在Ti3SiC2中的存在和扩散行为，并研究了多个He原子的聚集和成泡机制。研究发现单个氢氦原子优先占据SiC间隙位置（Si面，由3个Si原子和1个C原子组成的四面体中心）。在没有空位的情况下，在Si面上形成板状的He聚集体（tabular）。当考虑晶体中的热缺陷时，该材料最易产生Si空位，空位仍然是吸引并捕获He的缺陷体，这将形成Hen-Vsi复合体.