技术领域
[0001] 本
发明涉及材料技术领域，尤其涉及一种制备具备负电阻率电流系数材料的系统和方法
背景技术
[0002] 具有“负电阻率电流系数”物理特性的电阻材料在航空航天、高端
电子设备、信息储存(RRAM)、高端声学阻抗元器件、高端工业仪表设备(NTC)等领域有着广泛的应用与需求。
[0003] 目前具有“负电阻率电流系数”物理特性的材料多为贵重的稀有金属
合金，制备工艺非常复杂、成本较高、且存在性能不稳定、寿命可靠性较差等不足。目前具有“负电阻率电流系数”物理特性的材料多使用稀有金属的合金材料，采用制备功能材料的技术原理进行制备。
[0004] 这种制备方法的原材料为稀有金属，较为昂贵，不利于工业批量化推广应用。制备工艺复杂、成本较高，且存在性能不稳定、寿命可靠性较差等不足。
发明内容
[0005] 本发明针对上述技术问题，提供了一种原材料来源广泛、制备工艺简单、性能稳定的“负电阻率电流系数”物理特性材料的制备方法。
[0006] 本发明用于解决以上技术问题的技术方案为，提供一种制备具备负电阻率电流系数材料的方法，包括以下步骤：
[0007] S100、获取待制备材料的目标负电阻率电流系数与所述辐照损伤注量的映射关系；
[0008] S200、将待制备材料放入辐照装置中，利用
中子、重离子或质子源对待制备材料进行辐照；
[0009] S300、根据所述映射关系，通过控制对所述待制备材料的辐照损伤注量以使所述待制备材料形成具有目标负电阻率电流系数的电阻材料。
[0010] 可选地，所述映射关系为所述待制备材料的目标负电阻率电流系数随着所述辐照损伤注量的增加而增加。
[0012] 可选地，根据所述待制备材料的厚度选择利用中子、重离子或质子源对待制备材料进行辐照。
[0013] 可选地，所述步骤S100包括以下步骤：
[0014] S110、测量待制备材料的负电阻率电流系数；
[0015] S120、将所述待制备材料放入所述辐照装置中，利用中子、重离子或质子源对待制备材料进行辐照；
[0016] S130、根据辐照过程中辐照装置的实际能谱和待制备材料的累计中子注量，计算待制备材料的辐照损伤注量；
[0017] S140、从所述辐照装置中取出所述待制备材料，测量所述待制备材料的负电阻率电流系数；
[0018] S150、重复上述步骤S110-S140以得到所述映射关系。
[0019] 本发明还提供了一种制备具备负电阻率电流系数材料的系统，包括：
[0020] 映射模
块，获取待制备材料的目标负电阻率电流系数与所述辐照损伤注量的映射关系；
[0021] 辐照装置，用于放置待制备材料，利用中子、重离子或质子源对待制备材料进行辐照；
[0022] 控
制模块，与所述映射模块和所述辐照装置相连，用于根据所述映射关系，通过控制对所述待制备材料的辐照损伤注量以使所述待制备材料形成具有目标负电阻率电流系数的电阻材料。
[0023] 可选地，所述映射关系为所述待制备材料的目标负电阻率电流系数随着所述辐照损伤注量的增加而增加。
[0025] 可选地，根据所述待制备材料的厚度选择利用中子、重离子或质子源对待制备材料进行辐照。
[0026] 可选地，所述映射关系通过以下步骤获得：
[0027] S110、测量待制备材料的负电阻率电流系数；
[0028] S120、将所述待制备材料放入所述辐照装置(200)中，利用中子、重离子或质子源对待制备材料进行辐照；
[0029] S130、根据辐照过程中辐照装置(200)的实际能谱和待制备材料的累计中子注量，计算待制备材料的辐照损伤注量；
[0030] S140、从所述辐照装置(200)中取出所述待制备材料，测量所述待制备材料的负电阻率电流系数；
[0031] S150、重复上述步骤S110-S140以得到所述映射关系。
[0032] 本发明通过对成本低廉的
低合金钢材料进行辐照，制备出了性能稳定、寿命可靠性较好的具有“负电阻率电流系数”物理特性的电阻材料。
附图说明
[0033] 下面将结合附图及
实施例对本发明作进一步说明，附图中：
[0034] 图1为本发明提供的制备具备负电阻率电流系数材料的方法的主要步骤图；
[0035] 图2为本发明提供的制备具备负电阻率电流系数材料的方法的S100中的步骤图；
[0036] 图3为本发明提供的制备具备负电阻率电流系数材料的系统的结构
框图；
[0037] 图4为本发明提供的低合金钢辐照后电阻率随加载电流的变化曲线。
具体实施方式
[0038] 为了使本领域技术人员能够更加清楚地理解本发明，下面将结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细的描述。
[0039] 如图1所示，一种制备具备负电阻率电流系数材料的方法，包括以下步骤：
[0040] S100、获取待制备材料的目标负电阻率电流系数与所述辐照损伤注量的映射关系；
[0041] S200、将待制备材料放入辐照装置中，利用中子、重离子或质子源对待制备材料进行辐照；
[0042] S300、根据所述映射关系，通过控制对所述待制备材料的辐照损伤注量以使所述待制备材料形成具有目标负电阻率电流系数的电阻材料。
[0043] 下面将分步对每个步骤进行详细解释。
[0044] S100、获取待制备材料的目标负电阻率电流系数与所述辐照损伤注量的映射关系；
[0045] 如图2所示，所述步骤S100包括以下步骤：
[0046] S110、测量待制备材料的负电阻率电流系数；
[0047] 其中，待制备材料可为锰-镍-钼系列的低合金钢，主要元素化学成分(
质量百分数)为：锰：1.15～1.60％；镍：0.50～0.80％；钼：0.43～0.57％，其余为
铁。
[0048] S120、将所述待制备材料放入所述辐照装置中，利用中子、重离子或质子源对待制备材料进行辐照；
[0049] 所述辐照在565K的
温度下进行，采用中子辐照、重离子辐照或者质子辐照的一种方法对低合金钢进行辐照，通过辐照来改变材料的微织构来实现特殊的电学性能，即辐照后材料具有“负电阻率电流系数”的物理特性。
[0050] S130、根据辐照过程中辐照装置的实际能谱和待制备材料的累计中子注量，计算待制备材料的辐照损伤注量；
[0051] 根据辐照过程中辐照装置的实际能谱和样品的累积中子注量，用MCNP-4C和BISON程序计算低合金钢样品的辐照损伤注量。
[0052] S140、从所述辐照装置中取出所述待制备材料，测量所述待制备材料的负电阻率电流系数；
[0053] S150、重复上述步骤S110-S140以得到所述映射关系。
[0054] 其中，辐照损伤注量用于表征辐照程度，其取决于辐照时间长短与辐照源的大小。辐照损伤注量影响到具有目标负电阻率电流系数的电阻材料(以下简称“电阻材料”)的“负电阻率电流系数”的大小。所述映射关系为：辐照程度越大，辐照后电阻材料的“负电阻率电流系数”越大，该物理特性越显著，即辐照损伤注量越大，辐照后电阻材料的“负电阻率电流系数”越大，该物理特性越显著。
[0055] S200、将待制备材料放入辐照装置中，利用中子、重离子或质子源对待制备材料进行辐照；
[0056] 其中，中子辐照、重离子辐照、质子辐照的成制备成本依次降低，但可制备的电阻材料的最大截面厚度也相应地减少，实践中可根据具有目标负电阻率电流系数的电阻材料(以下简称电阻材料)的截面厚度的大小需求而选择具体的辐照方式。
[0057] 通常中子辐照制备的电阻材料截面厚度不受限制；重离子辐照制备的电阻材料最大截面厚度为50微米，可以理解地，若采用双面重离子辐照的方式，则最大截面厚度为100微米；质子辐照制备的电阻材料最大截面厚度为5微米可以理解地，如采用双面质子辐照的方式，则最大截面厚度为10微米。
[0058] S300、根据所述映射关系，通过控制对所述待制备材料的辐照损伤注量以使所述待制备材料形成具有目标负电阻率电流系数的电阻材料。
[0059] 所述映射关系可以用图形、表格、函数等表现，根据实际需要，选择目标负电阻率电流系数，然后根据目标负电阻率电流系数，通过映射关系找到相应的辐照损伤注量，确定辐照装置、辐照源大小和时间长短，制备出所需的具有目标负电阻率电流系数的电阻材料。
[0060] 如图3所示，本发明还包括一种制备具备负电阻率电流系数材料的系统，包括：映射模块100，获取待制备材料的目标负电阻率电流系数与所述辐照损伤注量的映射关系；辐照装置200，用于放置待制备材料，利用中子、重离子或质子源对待制备材料进行辐照；
控制模块300，与所述映射模块100和所述辐照装置200相连，用于根据所述映射关系，通过控制对所述待制备材料的辐照损伤注量以使所述待制备材料形成具有目标负电阻率电流系数的电阻材料。所述映射关系为所述待制备材料的目标负电阻率电流系数随着所述辐照损伤注量的增加而增加。所述待制备材料为低合金钢。根据所述待制备材料的厚度选择利用中子、重离子或质子源对待制备材料进行辐照。
[0061] 所述映射关系通过以下步骤获得：
[0062] S110、测量待制备材料的负电阻率电流系数；
[0063] S120、将所述待制备材料放入所述辐照装置200中，利用中子、重离子或质子源对待制备材料进行辐照；
[0064] S130、根据辐照过程中辐照装置200的实际能谱和待制备材料的累计中子注量，计算待制备材料的辐照损伤注量；
[0065] S140、从所述辐照装置200中取出所述待制备材料，测量所述待制备材料的负电阻率电流系数；
[0066] S150、重复上述步骤S110-S140以得到所述映射关系。
[0067] 本发明通过对成本低廉的低合金钢进行辐照，制备出了性能稳定、寿命可靠性较好的具有“负电阻率电流系数”物理特性的电阻材料。
[0068] 实施例
[0069] 本实施例中使用的低合金钢样品是锰-镍-钼低合金钢；钢的化学成分示于表1中，所使用的
热处理工艺列于表2中。
[0070] 表1某炉号的低合金钢的化学成分(wt％)
[0071]
[0072] 表2低合金钢的热处理条件
[0073] 温度/℃ 时间/小时 加热速率/℃/小时 冷却方法
正火 920±10 5 ≤30 自然冷却
淬火 820±10 5 ≤50
水冷却
回火 650±10 10 ≤60 自然冷却
[0074] 该实施例为核实验堆中试验，其对低合金钢样品进行
加速中子辐照。根据辐照过程中核实验堆的实际能谱和样品的累积中子注量，用MCNP-4C和BISON程序计算低合金钢样品的
辐射通量：0.0409dpa，0.0798dpa，0.116dpa和0.154dpa。使用PPMS-9EC II综合性能测试系统(Quantum Design,Inc.)测量在辐照之前和之后的RPV钢的电阻率(ρ)。
[0075] 本实施例采用四探针法测量低合金钢样品的电阻率。低合金钢样品的尺寸大小为1mm×1mm×6mm。使用17Hz的交流电作为加载电流。在测试期间使用0.2mA，2mA，20mA和
200mA的加载电流。每种加载电流收集不少于5个有效数据集，两次连续测量之间的间隔不小于30s。
[0076] 以本实施例的辐照损伤注量为0.154dpa时的实验结果为例，当辐照损伤注量为0.154dpa时，辐照后该电阻的加载电流从0.2mA增加到200mA时，其电阻率降低幅度高达
80％，电阻率(ρ)随加载电流的变化曲线见图4。通过图4可以看到，辐照损伤注量影响到电阻材料的“负电阻率电流系数”的大小，辐照程度越大，辐照后电阻材料的“负电阻率电流系数”越大，该物理特性越显著，即辐照损伤注量越大，辐照后电阻材料的“负电阻率电流系数”越大，该物理特性越显著。
[0077] 综上所述，本发明通过对成本低廉的低合金钢进行辐照，制备出了性能稳定、寿命可靠性较好的具有“负电阻率电流系数”物理特性的电阻材料。
[0078] 应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附
权利要求的保护范围。
