Ion implantation and ion irradiation effects on nuclear and thermoelectric materials

• Ano de defesa: 2019
• Autor(a) principal: Timm, Mariana de Mello
• Orientador(a): Fichtner, Paulo Fernando Papaleo
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Irradiação; Implantação de íons; Espectroscopia de raios X por dispersão em energia; Materiais termoelétricos; Microscopia eletrônica de transmissão
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/204277

Nesta tese serão apresentados os estudos relativos aos efeitos da implantação e da irradiação iônica sobre a microestrutura e propriedades físicas de materiais nucleares e termoelétricos. Materiais que estão constantemente expostos à radiação em reatores nucleares apresentam uma séria degradação de suas propriedades mecânicas, principalmente devido à corrosão e inchaço. Os danos gerados pela irradiação de nêutrons nesses materiais podem ser simulados por irradiação iônica. Por outro lado, o melhoramento da figura de mérito dos materiais termoelétricos pode ser obtido através da manipulação das propriedades de transporte elétrico e térmico dos semicondutores. Neste caso, a implantação iônica pode ser usada para introduzir defeitos eletricamente ativos ou dopantes que aumentarão a condutividade elétrica ou para produzir interfaces que servirão como centros espalhadores para os fônons, diminuindo a condutividade térmica. Este trabalho apresenta uma investigação sobre os efeitos da irradiação de íons na nucleação e crescimento de cavidades, bolhas de Ar e evolução de fases precipitadas em ligas solubilizadas de aço austenítico AISI 316L e também uma investigação sobre os efeitos da implantação de íons na microestrutura e resistividade elétrica em filmes amorfos de (di)siliceto de cromo (CrSi2). No estudo do material nuclear, amostras de AISI 316L solubilizado foram implantadas com um plateau de Ar e recozidas para acelerar o processo de nucleação de bolhas de Ar. Então, juntamente a amostras-controle sem Ar, foram irradiadas com íons e Au de 5 MeV de energia a 550 ºC sob dois fluxos de irradiação diferentes. Outr conjunto idêntico de amostras foi irradiado com íons de Ag de 3.5 MeV de energia a 550 ºC. Os experimentos de irradiação foram conduzidos até fluências equivalentes a níveis de dano de ≈ 20 e 40 dpa. Os resultados mostram que a precipitação de carbetos do tipo M23C6 e MC e o crescimento de bolhas de Ar estão diretamente relacionados à saturação de vacâncias na matriz. Em relação ao estudo do material termoelétrico, implantações de íons de Al e Ne foram realizadas em filmes de CrSi2 de 280 nm de espessura. Duas implantações de íons de Al foram realizadas, uma atingindo uma concentração de 0.008 at.% de Al e outra de 0.64 at.% de Al, realizada para igualar o nível de dano produzido pela implantação de íon de Ne. As implantações de Ne e Al conduzidas a temperatura ambiente induziram a diminuição da resistividade elétrica do CrSi2, enquanto as implantações de Ne e Al (0.64 at.%) realizadas a 250 ºC resultaram iv num aumento significativo da resistividade elétrica. Os resultados mostram uma forte relação com o nível de dano induzido por implantação iônica. Para todos os estudos, as amostras foram analisadas com as técnicas de Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET), Difração de Área Selecionada (SAD) e Espectroscopia de raios X por dispersão em energia (EDX).