氘在低活化铁素体／马氏体钢相关再沉积层中的热脱附行为

发布时间：2022-03-16

　　【摘 要】 采用直流磁控溅射法，在氩气和氘气混合气氛下溅射金属靶制备铁、铬及钨与氘的共沉积层，模拟核聚变装置中燃料等离子体作用下低活化铁素体/马氏体(RAFM)钢第一壁材料表面再沉积层。分别考察了在磁控溅射腔室及直线等离子体模拟装置两种平台下，氘等离子体辐照对 RAFM 钢相关再沉积层中氘热脱附与滞留行为的影响。研究结果表明：氘与金属共沉积的 RAFM 钢相关涂层中，氘热脱附行为因受材料本身的组分和结构影响而存在差异;不同的氘等离子体辐照环境对氘在共沉积涂层中捕获形式的影响不同;总体而言，两种氘等离子体辐照后，均有大量氘滞留在 RAFM 钢相关再沉积层中，且氘总滞留量随氘等离子体辐照通量的增大而增大;铁基和钨基涂层中的氘滞留总量相当，均比铬基的低出1～2个数量级。

　　【关键词】 氘滞留;热脱附;磁控溅射;RAFM 钢;再沉积层

　　1 前 言

　　托卡马克中，第一壁材料与等离子体之间的相互作用研究，对实现国际热核聚变堆(ITER)、中国磁约束聚变能研究装置(CFETR)以 及将 来 商 用 堆 的 高 参数稳态运行至关重要[1-5]。随着托卡马克装置及其 参数的不断改进和提升，用作其第一壁的材料也在不断更新。目前为止，钨是作为第一壁材料的研究热点，而低活化铁素体/马氏体(RAFM)钢因其拥有较好的抗中子辐照性能和相比于钨第一壁材料的较大经济技术优势，是聚变装置主腔室面对等离子体的主要候选材料之一[6-10]。由于直 接 面 向 等 离 子 体 环 境，第 一 壁 材料中会滞留大量 氚(T)燃 料，从 而 增 加 了 反 应 堆 的 燃料成本，并带来安全隐患，因此了解第一壁材料的燃料滞留特性对于核聚变装置的安全稳定运行起到重要作用[11-13]。当用作第一壁材料时，RAFM 钢材料将受到入射粒子的强通量和热负荷作用。这种情况下，入射粒子将不可避免地从 RAFM 钢中刻蚀出其内包含的铁(Fe，RAFM 钢中主要成分)、铬(Cr，在 RAFM 钢中约占10at.%)及钨(W，RAFM 钢 中的 高 原 子 分 数 复合材料)等原子，之后入射粒子与刻蚀出的原子将再沉积在 RAFM 钢附近表面，这些次生涂层将进一步受到燃料等离子体的作用[13-15]。

　　目前，国内关于 RAFM 钢的研究，主 要 集 中 在 其作为结 构 材 料 时 氘 (D)或 T 在 其 中 的 扩 散 渗 透 研究[16-18]，国外的研究则将重点放在关于氢(H)或 D 与RAFM 钢的相互作用理解上[6-8]，而针对 RAFM 钢用作第一壁材料时的再沉积涂层行为研究还未开展。正如文献[19]中所述，由于再沉积金属涂层通常被认为是一种富含缺陷的材料，其微观结构和 D 滞留行为与块体材料完全不同，因此需要考察这些再沉积层的氘滞留行为。本 研 究 以 氩 气(Ar)和氘气混合气氛环境中，磁控溅射制备的 Fe、Cr及 W 与 D 的共沉 积 层 为模型，模拟核聚变装置中燃料等离子体作用下 RAFM钢第一壁材料的表面再沉积层，对比研究这些金属及其与氘共沉积层的氘滞留和释放行为。同时，在实验室条件下考察两种不同氘等离子体辐照环境，对上述涂层的氘滞留与释放行为的影响。相关实验结果可为RAFM 钢作为未来核聚变装置面向等离子体第一壁候选材料的基础研究提供一定的参考意义。

　　2 实 验

　　2.1 涂层样品制备

　　实验选用(001)方向的单晶硅(Si)基片作为衬底，采用磁控溅射设备，分别制备出 Fe、Cr及 W 与 D 的共沉积层。在磁控溅射设备的真空室内顶部靶位，分别安装 Fe、Cr及 W 靶(纯度均为99.99%)，靶尺寸均为?75mm ×5 mm，靶 中心 与 基 体 距 离 为 80 mm。将裁切好的单晶Si基片分别置于无水乙醇和丙酮中，超声清洗10min，待自然晾干后置于真空室内样品台上。参考文献[20]中给出了关于本研究所使用磁控溅射设备的具体结构和参数描述。

　　在磁控溅射沉 积 涂 层 前，首 先 将 真 空 室 抽 至7× 10-4 Pa的 背底 真 空 度，然 后 通 入 流 量 为 20sccm 的Ar，调节真空室气压至2.5Pa，通过施加 500V(频率10kHz，占空比50%)负偏压产生 Ar等离子体来刻蚀清洗单晶Si基片20min，以 清除 Si片 表 面 的 吸 附 物和氧化层。为了开展对比实验研究制备了三组涂层：第一组涂层为纯Fe、Cr及 W 涂层，在磁控溅射过程中通过调节 Ar流量为20sccm、真空室气压为0.75Pa，直流电源功 率 为200 W，根 据 Fe、Cr及 W 的 沉积 速率，分别溅射纯 Fe、Cr及 W 靶制备出约2μm 厚的纯Fe、Cr及 W 涂 层 (分 别 用 Felayer、Crlayer 及 Wlayer表示);第二组涂层为Fe、Cr及 W 与D的共沉积层，在 磁 控 溅 射 过 程 中 通 过 使 用 20sccm Ar 与10sccm氘气混合气体，调节真空室气压至0.75Pa，直流电源功率为200W，分别溅射Fe、Cr及 W 靶制备得到2μm 厚的 Fe、Cr及 W 与 D的共沉积层(分别写为Fe&Dlayer、Cr&Dlayer及 W&Dlayer);第 三组 实验是在第二组实验的基础上，通过在样品台上施加-50V的偏压，制备得到约2μm 厚的 Fe、Cr及 W 与D的 共 沉 积 涂 层 (分 别 标 示 为 Fe&D (bias)layer、Cr&D (bias)layer及 W&D (bias)layer)。

　　2.2 氘等离子体辐照实验

　　本实验中主要考察两种氘等离子体环境对所制备金属与氘共沉积层的氘滞留行为影响。第一种氘等离子体环境是直接在上述磁控溅射设备的真空室内进行(称之为1#氘等离子体环境)，具体过程为：将真空室抽至5×10-4 Pa背 底真 空，通 入60sccm 氘 气，调节真空室气压至26Pa，对样品台施加500V 的负偏压，得到氘等离子体环境。第二种是在实验室搭建的直线等离子体设备(LEPS)上进行(称之为2#氘等离子体环境)，该设备的具体结构示意图和相关描述已在参考文献[5，19]中讨论。本实验中2#氘等离子体辐照的具体过程为：将装有样品的 LEPS设备真空室抽至5× 10-4 Pa的背底真空度，通入50sccm 流量的氘气，调节 真 空 室 气 压 至 0.3Pa;将 功 率 为 500 W 的 微 波(2.45GHz)通过氧化铝陶瓷窗口引入真空室，使其与 磁场(由通电铜线圈产生)中的电子回旋共振进一步耦合;给样品台施加-100V 偏压(即38eV/D的氘等离子体能量[5])，通过朗缪尔探针(ESPION)测得氘等离子体流量为4×1021 D/(m2·s-1)，相应的悬浮电位为15V，与样品接触的热电偶测得样品温度为335K。关于 LEPS设 备的 更 多 细 节 见 参 考 文 献[5]和[19]。在1#或2#氘等离子体环境下，分别通过调节氘等离子体辐照时间，考察氘等离子体辐照通量对涂层中氘滞留行为的影响。

　　2.3 样品表征

　　本实验中制备 的 Fe、Cr及 W 与 D 共 沉积 层，表面 结 构 是 采 用 X 射 线 衍 射 仪 (XRD，RigakuRINT-2400)测试分析。其中，XRD 检 测 Cu靶λKα=1.54184?，扫描速度为10°/min，掠射角为2°，扫描范围 为 30°～ 90°。 采 用 场 发 射 扫 描 电 子 显 微 镜(FESEM，JSM-6701F)观 察 涂 层 表 面 形 貌 及 断 面 结构。其中，通 过 对 沉 积 涂 层 后 的 单 晶 Si基 片 进 行 裁切，获得金属基共沉积层的截面结构。这些涂层的厚度也是根据 FESEM 截面图像测量得到。

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　　原始涂层以及两种氘等离子体辐照后的涂层中，氘热脱附和滞留曲线的检测是通过实验室搭建的超高真空热脱附系统结合热解吸谱法(TDS)来实现。参考文献[5]和[19]中均有相关描述：首先将待加热样品放入管式炉 的 石 英 管 加 热 区，然 后 将 石 英 管 抽 至 1× 10-5Pa以下的背底真空度;管式炉从室温开始加热至1173K，升 温 速 率 为 10 K/min，在 1173 K 下 保 温10min，之 后 管 式 炉 自 然 降 温;采 用 四 极 质 谱 仪(PfeifferQME220)的多离子检测模式(MID)，对质量数在2～44(amu)之 间的 质 量 通 道 如 2、3、4、16、17、18、19、20、32和44等进行测试。本实验主要记录 HD(质量数为3)和 D2(质量数为4)的分子释放通量，定量分析此温度梯度下试样中氘的滞留量，其他一些如2、16、32和44等质量通道是用来确定是否有其他杂质从样品中释放[21-22]。质量数为4的信号是通过使用校准过的 D2 漏瓶来标定，而质量数为3(即 HD)的信号则是同时使用校准过的 H2 和 D2 漏 瓶信 号 的 平 均值来校 准[23]。使 用的 D2 和 H2 漏 率分 别 是 1.82× 10-10和2.01×10-10 mol/s。下文中提到的 D 总滞留量是由升温开始至达到最高温度时的 D2 和 HD 信号的积分计算 得 到。在 所 有 数 据 中，HD 释 放 曲 线 对 D总滞留量的 贡 献 小 于30%[24]。D2 和 HD 信 号背 景，是通过对未镀膜的单晶 Si基 片 样 品 进 行 相 同 加 热 实验测量得到。所有 TDS曲线及 D 滞留总量数据均为去除背景信号后所得。为了校准样品对管式炉升温过程的温度响应，对直接连接在 K 型热电偶上的单晶 Si基片样品进行了相同实验参数下的独立测温实验。

　　3 实验结果与讨论

　　3.1 RAFM 钢相关再沉积涂层的结构与形貌

　　图1(a)是本实验制备出的 Fe、Fe&D 以及 Fe&D(bias)涂 层的 XRD 测 试曲 线。三 种 Fe基 涂 层 均 在44.7°处表现出 Fe的衍射峰，对应于体心立方结构的Fe(110)晶面取向生长[25]。图1(b)中的 Cr、Cr&D 以及 Cr&D (bias)涂层中，体心立方结构的 Cr沿44.4° 处(110)晶 面 取 向 生 长，而 通 入 氘 气 后，Cr&D 以 及Cr&D (bias)涂层均表现为沿81.8°处的(211)晶面取向生长[26]，即氘气的加入会影响 Cr的生长。而 对 于图1(c)中 的 W、W&D 以 及 W&D (bias)涂 层，三种W 基涂层 均 在40.3°、58.4°、73.3°及87.0°处 出现 W的衍射峰，分 别 对 应 于 六 方 结 构 W 的(110)、(200)、(211)及 (220)晶 面[19，27]。氘 气 加 入 后，W&D 以 及W&D (bias)涂层明显沿(110)晶面方向择优，其他方向的生长受到抑制。

　　为了 研 究 氘 气 的 引 入 对 磁 控 溅 射 沉 积 几 种RAFM 钢相关再沉积 涂层表面结构的 影 响，采 用FESEM 观察了 Fe、Cr及 W 涂 层及 其 与 氘 共 沉 积 层的表断面形貌，如图2所示。从图可见，金属涂层及其与氘共沉积层的表面形貌与图1中XRD结果相对应： ①引入氘气后，Fe基涂层表面分布均匀的“三角锥”状柱状晶结构，其中 Fe&D (bias)涂层表面的“三角锥” 状结构最为明显;②Cr基涂层表面表现为均匀的“四角锥”状柱状晶结构，其中Cr&D与Cr&D (bias)涂层的表面“四角 锥”状 结 构 大 小 相 似，而 Cr涂 层 表 面 的 “四角锥”状结构较大;③W 基涂层表面形貌相似呈均匀致密结构，没有明显的锥状或其他结构。综合考察可以发现，三种金属及其与氘的共沉积层均表现出明显的柱状晶结构。

　　3.2 RAFM 钢相关再沉积涂层的氘热脱附行为

　　为了考察暴露于氘等离子体环境对几种 RAFM钢相关再沉积涂层的氘滞留行为影响，首先研究了未经氘等离子体辐照的原始涂层氘热脱附行为，如 图3所示。图3(a)中 给 出 了 原 始 Fe、Fe&D 以 及 Fe&D(bias)涂层的氘脱附速率随加热温度的变化曲线。原始 Fe涂层中不含有氘原子，而 图3(a)中 Fe涂 层 在674K 处出现的微小氘脱附峰是由热脱附真空腔室的背底导致。对比 Fe涂层，Fe&D以及 Fe&D (bias)涂层均在674K 处出现微小氘脱附峰。由此可见，在本实验条件下通过在磁控溅射过程中引入氘气，仅有微量氘进 入 到 涂 层 形 成 Fe&D 或 Fe&D (bias)涂 层。

　　图3(b)中，通入氘气后，Cr&D 涂层中的氘脱 附 量 与Fe&D涂层的相当，且脱附峰也位于673K 附近，即仅有微量氘进入到 Cr&D 涂层。但是，在磁控溅射沉积Cr&D涂层过程中对样品台施加偏压后，大量 氘 滞 留在 Cr&D (bias)涂层中，氘从366K 附近开始脱附，主峰位于500K 附近。这一现象明显不同于上述Fe&D(bias)涂层，即沉积涂层过程中施加偏压使得大量氘进入 到 Cr&D (bias)涂 层。图 3(c)中 的 W&D 与W&D (bias)涂层均 有大量氘滞留且分别从 542 和479K 处开始脱附，主峰分别出现在660和590K 处。对比以上结果可以看到：①磁控溅射沉积金属涂层过程 中，引入氘气后仅有极少量的氘进入到 Fe&D或Cr&D涂层，结合FESEM 形貌结果可以看到，虽然Fe或 Cr涂层含有较丰富的空 隙 和 孔 洞 等 缺 陷，但 这些缺陷也为氘的扩散提供了大量通道，导致最终仅有微量氘被俘获并与金属形成共沉积涂层;②由于 W 涂层表现出明显不同于 Fe与 Cr的致密结构，不能为氘提供大量扩散通道，因此大量氘被捕获进入 W&D 涂层;③当对样品台施加偏压时，由于氘等离子体能量的增大，大量 氘 进 入 Cr&D (bias)以 及 W&D (bias)涂层中;④各金属涂层结构和组分的不同导致样品捕获氘的阱能及氘在样品中的扩散行为不同，因此氘在各涂层中的热脱附曲线形状不同，一般来说，在低温区释放的氘归因 于 较 低 能 阱(如 晶 界 和 位 错 等)中 俘 获 的氘，而在高温区释放的氘则归因于占据在较高能阱(如空位和空洞等)中的氘[22]。

　　接下来主要考察不同氘等离子体辐照环境对涂层中氘滞留行为的影响。图4(a)是在1#氘等离子体环境下辐照10min后的Fe基涂层氘脱附速率随加热温度的变化曲线。Fe基涂层均在351K 处 开始 出 现 氘的脱附，主峰分别位于726K、736K 和736K 处。相对于 Fe涂层，Fe&D和 Fe&D (bias)涂层的氘脱附区均向高温区偏移约10K，即1#氘等离子体环境导致氘占据 在 Fe基 涂 层 的 高 能 俘 获 位，而 更 多 的 氘 占 据在 Fe&D 和 Fe&D (bias)涂 层的 高 能 俘 获 位。图 4(b)中，暴露于1#氘等离子体环境后，Cr与 Cr&D 涂层的氘脱附行为类似，均从367K 处开始脱附且脱附峰位于470K 附近并伴随有分别位于441、510 及543K 处的三个 次 强 峰。但 是，Cr&D (bias)涂 层中 氘 的脱附明显向高温区偏移约30K，具体表现为主峰出现在503K 处(与图3(b)中原始 Cr&D (bias)涂层中氘的脱附峰基本一致)，伴随有三个分别位于476、534及608K 处 的 次 强 峰，即更多的氘仍然占据在 Cr&D(bias)涂层的低能俘获位。图4(c)中 的 W 基 涂 层 中的氘脱附行为基本一致，均在343K 处开始脱附，主峰分别位于433、439和437K 处，对应于晶界和位错等固有缺陷中捕获的氘[10，22]。由此可见：①在1#氘等离子体辐照后，三种金属基涂层中均有大量的氘滞留; ②上述氘主要占据在 Fe基涂层的高能阱位置，Cr基和 W 基涂层的低能阱位置;③对比图3可以发现，虽然部分氘在沉积过程中已进入涂层，但涂层内缺陷未被填满，导致1#氘等离子体辐照后仍有大量氘被涂层俘获[28-29]。

　　随后开展了暴 露 于2#氘 等 离 子 体 环 境 后，几 种RAFM 钢相关再沉积涂层中氘热脱附行为的研究。如图5(a)所示，Fe基涂层均在350K 处开始出现氘的脱附，主峰分别位于736、711和763K 处。相对于 Fe涂层，Fe&D和 Fe&D (bias)涂层的氘脱附峰均减弱。暴露于2#氘等离子体环境后，Cr涂层中仅有少量氘从455K 处开始脱附并在865K 处出现脱附主峰，如图5(b)中所示。Cr&D涂层中的氘脱附相较1#环境下的也向高温区偏移，具体表现为从469K 开始脱附并在633K 处出现脱附峰，即2#氘 等 离 子 体 辐 照 后大量氘 占 据 在 涂 层 的 高 能 俘 获 位。值 得 注 意 的 是，Cr&D (bias)涂层中氘脱附主峰仍出现在506K 处，即2# 氘 等离子体辐照后更多氘仍然占据在 Cr&D(bias)涂层的低能俘获位。图5(c)中 W 与 W&D 涂层中氘脱附行为基本一致，主 峰 分 别 位 于 462 K 和451K 处。W&D 涂层的氘脱附峰高于 W 涂层的，与图3(c)中的实验室数据一致，即部分 氘 在 W 与 D 共沉积过程中已被俘获。由于2#氘等离子体辐照后，W&D (bias)涂层从单晶 Si基体上脱落，考虑为涂层内应力所致，此 处 不 再 讨 论 W&D (bias)涂 层。上述结果表明：①在2#氘等离子体辐照后，大量氘滞留在三种金属基涂层中，且氘主要被 俘 获 在 Fe基 和 Cr基涂层的较高能阱位置，W 基 涂 层 的 低 能 阱 位 置，可 见2#氘等离子体辐照 条 件 下，氢同位素可以促进金属Fe和 Cr中空位的形成并被空位 所 俘 获[30-31];②对 比图3和图4 中 数 据 可 以 发 现，涂层沉积过程中仅有微量氘参与 Fe基与 D 共 沉 积 过 程，而 无 论 是1#还是2#氘等离 子 体 辐 照 后，均 有 大 量 氘 被 Fe基 涂 层的高能阱俘获即较高能量的氘等离子体可以促 Fe基涂层中空 位 等 缺 陷 的 形 成;③ 无论是原始涂层还是 在1#或2#氘等离子体辐照后，Cr&D(bias)涂层中氘的脱附均在相似的低温区间，即沉积和氘等离子体 辐 照 过 程 中，大 部 分 氘 占 据 并 稳 定 在 Cr&D(bias)涂层的低能阱位置。

　　3.3 RAFM 钢相关再沉积涂层的氘滞留特性

　　图6中 综 合 考 察 了 暴 露 于 1# 氘 等 离 子 体 环 境后，几种 RAFM 钢相关再沉积涂层中氘滞留总量随氘等离子体辐照时长的变化特性。Fe和 Fe&D 涂层的氘滞留总量随1#氘等离子体辐照时长的增长而明显增大，分 别 由 辐 照 5 min 后 的 1.15×1019和 2.17× 1019 D/m2 增 长到 辐 照 1200 min后 的 5.28×1019和7.14×1019 D/m2，增 大 了 约 2～3.5 倍。 而 Fe&D(bias)涂层的氘滞留总量基本稳 定 在 4.00× 1019D/m2附近。总体来 说，在 本 实 验 的1#氘 等 离 子体辐 照 条 件 下，Fe 基 涂 层 中 氘 滞 留 总 量 在 1.15× 1019～7.14×1019 D/m2 范围内。暴露于1#氘等离子体环境 后，Cr基 涂 层 中 氘 滞 留 总 量 在 2.48×1020 ～1.86×1021 D/m2 范 围内，比 Fe基 的 高 出1～2个 数量级，且所有 Cr基涂层的氘滞留总量均随1#氘等离子体辐照时长的增长而明显增大，辐照1200min后三种涂层的氘 滞 留 总 量 较 辐 照5 min后的均增大了约3.5～6.5 倍。 W 基 涂 层 的 氘 滞 留 总 量 在 3.30× 1019～5.30×1020 D/m2 范围内，介于 Fe基和 Cr基涂层的氘滞留总量之间。W 和 W&D 涂层的氘滞留 总量均随1# 氘 等 离 子 体 辐 照 时 长 的 增 长 而 增 大。与Fe&D (bias)涂层的类似，W&D (bias)涂层的氘滞留总量增长 趋 势 不 明 显，基 本 稳 定 在5.70×1019 D/m2附近。综合以上研究结果可以发现：一、在1#氘 等 离子体 辐 照 后，Fe&D、Cr&D 及 W&D 涂 层 的 氘 滞 留总量均随氘等离子 体 辐 照 时 长 的 增 长 而 增 大;二、金属涂层或其与氘的共沉积层虽然存在较高的结构缺陷，但在涂层沉积过程中这些缺陷并没有被氘完全填 满[30-31]，导致氘等离子体辐照后，仍有大量氘被涂层俘获;三、Fe&D (bias)与 W&D (bias)涂 层在 氘 等离子体辐照后增大趋势不明显，结 合 上 述 氘 热 脱 附曲线结果，可以猜测在初始氘等离子体辐照阶段这些涂层已被氘充满导致随后的辐照过程中仅俘获微量氘。

　　在图7中给 出 了 暴 露 于2#氘等离子体环境后几种 RAFM 钢相关再沉积涂层中氘滞留总量随氘等离子体辐照 通 量 的 变 化 特 性。随2#氘 等 离 子 体 辐照通量的增大，Fe基涂层的氘滞留总量分别保持在1.11×1020、8.36×1019和6.46×1019 D/m2 附近，没有明显的变化趋势。总体而言，在2#氘 等 离 子 体 辐照条 件 下，Fe基 涂 层 氘 滞 留 总 量 在 4.50×1019 ～1.51×1020 D/m2 范 围 内，比 1# 环 境 下 的 高 出0.5个数量级。暴露于2#氘等离子体 环 境 后，Cr基涂层的氘滞留总量 变 化 趋 势 与 Fe基 涂 层 的 类 似，并分 别 保 持 在 2.71×1021、3.00×1021 和 3.23× 1021 D/m2附近。总的来 看，Cr基 涂 层 中 氘 滞 留 总 量在1.64×1021 ～4.19×1021 D/m2 范 围 内，比 Fe基涂层的高出1.5～2.5个 数量 级，比1#环 境 下 的 Cr基涂层高出1个数量级。而 W 基涂层的氘滞留总量数据 离 散 情 况 严 重，分 布 在 1.05×1019 ～2.11× 1020D/m2范围内，与 Fe基 涂 层 的 数 据 相 当，明 显 低于 Cr基涂层的。两 种 W 基 涂 层 的 氘 滞 留 总 量 均 随2#氘等离子体辐照通量的增大而稍有增大。综 上可知，在2# 氘 等 离 子 体 初 始 辐 照 阶 段，Fe基 与 Cr基涂层已经被氘充满导致随后的辐照过程中仅俘获微量氘，而 W 基涂层未被填满导致其在随后的辐照阶段仍能俘获大量氘。

　　4 结 论

　　本实 验 中 采 用 直 流 磁 控 溅 射 方 法 模 拟 制 备RAFM 钢相关再沉积层———Fe、Cr及 W 与 D 的共沉积层。分别考察在磁控溅射设备直线等离子体模拟装置的氘等离子体辐照下，RAFM 钢相关再沉积层的氘热脱附与滞留行为。得到以下一些实验结果：

　　1.在磁控溅 射 沉 积 涂 层 过 程 中，引 入 氘 气 后 可 以得到含氘的金属基涂层，但引入氘气将对不同涂层的表面形貌和结构产生不同影响。氘与金属共沉积的涂层中氘热脱附行为，因受材料本身的组分和结构影响而存在差异。

　　2.磁控溅射 设 备 的 氘 等 离 子 体 辐 照 后，氘 主 要 占据在 Fe基涂层的高能阱位置，Cr基和 W 基涂层的低能阱位置。Fe基涂层中氘滞留总量比 W 基的 稍 低，比 Cr基的低出1～2个数量级，且几组金属基涂层中氘滞留总量均随氘等离子体辐照时长的增大而增大，增长幅度存在差异。金属涂层或其与氘的共沉积层虽然存在较高的结构缺陷，但在涂层沉积过程中这些缺陷并没有被氘完全填满，导致氘等离子体辐照后，仍有大量氘被涂层俘获。

　　3.在直线等 离 子 体 装 置 的 氘 等 离 子 体 辐 照 后，氘主要被俘获在 Fe基和 Cr基涂层的较高能阱位置，W基涂层的低能阱 位 置。Fe基 共 沉 积 层 中 的 氘 滞 留 总量与 W 基的基本相当，且均比 Cr基的低出1.5～2.5个数量级。在初始辐 照 阶 段，Fe基 与 Cr基 涂 层 中 的氘捕获位已饱和，而 W 基涂层中的氘捕获位则未饱和导致其在随后的辐照阶段继续被大量氘占据。——论文作者：乔 丽1，张学希1，2，贺 冉1，张 弘1，王 鹏1

　　参 考 文 献

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