​蓝宝石晶体中的辐射效应

蓝宝石晶体中的辐射效应

在现代技术设备领域, 由蓝宝石制作的结构元件在极端条件下使用(高温, 高的机械载荷和高的辐射剂量). 例如, 在太空船, 核反应堆 和热核单元中, 蓝宝石晶体结构在原子水平上发生改变, 这种改变导致在晶体中多种缺陷的出现. 如果辐射导致的缺陷(RDs)数量巨·大, 那么材料的物理性能, 如电导, 强度和尺寸, 可能发生明·显的改变. 一些改变在特性上有些不寻常. RDs与那些晶体生长和随后机械和热处理产生的缺陷不同. 一些辐射的形成(例如 空位孔的超晶格)并没有用其他方法获得. 

那些参加了与目标核子弹性和非弹性相互作用的高能粒子导致晶格原子的移位. 在低能轰击离子中, 这种移位导致单个空位和单个间隙原子的形成. 当由轰击离子给予晶格原子的能量高于某阀值, 上述的缺陷对形成. 当能量超过门槛迁移能很多时, 移位流形成. 在移位流运动的路径, 单个空位和间隙原子产生, 已经他们的复合物. 然后, 在建立在加热阴极临近区域和晶体剩下部分之间的热平衡过程中, 这些缺陷进行着有扩散机制引发的结构重建. 当一个空位遇见一个间隙原子, 由于Frenkel对消失导致它们中的一部分消失. 其他缺陷在它们的大小, 形状和位置上发生着改变. 所以, 间隙原子群转变为间隙型位错环. 空位群依据温度, 晶体结构类型和其他因素可能向两个方向发展. 其中之一是形成空位型位错环， 这是在晶体学面中的一种空穴类型. 另外一种为不同大小的空位孔的形成. 小的空位孔具有对应于母体晶体类型的琢面形; 大的空位孔具有圆形空心形. 

除由轰击粒子与晶体原子之间核子反应导致的缺陷外, 不同类型的出现, 这些变体作为杂质分布在材料的基体中. 这些为惰性气体, 如氦, 氪和氙. 此外, 其他外来的单元也在被照射材料中形成. 这些杂质诱导的缺陷可能被维持在晶格点阵位置(替代型杂质)或到达间隙空间(间隙型杂质). 当在扩散过程中在晶体中迁移, 杂质诱导的缺陷(特别地高移动性的惰性气体)与晶体自身缺陷相互作用, 所以形成了混合型缺陷群. 这些杂质型缺陷在晶界, 位错或其他大的缺陷处聚集并形成可以慢慢转化成第二相的团聚体. 当与空位孔作用, 气体型杂质可能在孔中富集. 这些诱导的照射缺陷可能给材料的强度特征中带来变化(如剪切应力, 流变应力, 极·限强度和硬度).

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