脉冲磁控溅射氧化铝涂层的制备、优化及离子辐照效应

摘要

氧化铝（Al₂O₃）涂层因其优异的物理化学性能被视为一种有潜力的核反应堆功能涂层材料.然而，其性能优势的发挥高度依赖于涂层的制备工艺与微观结构调控.磁控溅射技术凭借其高沉积效率与强膜基结合力，被广泛应用于Al₂O₃涂层的制备.目前的研究主要聚焦于离子辐照诱导的非晶-晶态相变、辐照空洞演化及其引发的机械性能退化和功能失效机制，对Al₂O₃-不锈钢界面在辐照下的稳定性研究较少.本研究采用脉冲磁控溅射（Pulsed Magnetron Sputtering,PMS）在316L不锈钢和单晶硅基底上制备了Al₂O₃涂层，探究了溅射电流、氩氧流量比及沉积时间对涂层组分的调控规律，并结合金离子辐照实验分析了其辐照响应机制.结果表明：进气比例和溅射电流的匹配是优化Al₂O₃涂层化学组分的关键因素，溅射电流0.25 A与氩氧流量比3∶1的参数可获得化学组分接近理论值的非晶Al₂O₃涂层；金离子辐照后，涂层表面粗糙度降低，内部形成空洞并呈现独特的纵向分层现象（上层以低结晶度/非晶相为主，下层形成高密度纳米晶相），界面形成涂层-基体的原子混合过渡层.研究结果为核用Al₂O₃涂层的可控制备及辐照性能提供了实验依据.

关键词

氧化铝涂层 / 脉冲磁控溅射 / 离子辐照 / 化学组分 / 界面稳定性