此項(xiàng)發(fā)明論文的作者、北卡羅來納州立大學(xué)機(jī)械和航空航天工程系的教授Afsaneh Rabiei表示，合金709具有極高的強(qiáng)度，并且在長時(shí)間在高溫環(huán)境下工作時(shí)能夠抵抗損壞，這使其成為可用于下一代核電站的潛在材料。

　　但是，合金709是一種全新材料，其在高溫和高壓下的性能人們還尚未全面了解。要想使用這種合金，美國能源部需要更好地了解其熱機(jī)械性能和結(jié)構(gòu)特性，以確定其在核反應(yīng)堆中的可行性。

　　為了解決美國能源部的問題，Rabiei找到了一種全新的解決方案。她與三家公司——日立、牛津儀器和Kammrath&Weiss GmbH ——開展合作，開發(fā)了一種新技術(shù)，使她實(shí)驗(yàn)室具有對材料試樣施加極高的熱量和載荷的情況下能夠?qū)崟r(shí)使用掃描電子顯微鏡(SEM)的能力。

　　“這意味著我們可以在熱機(jī)械測試過程中觀察到材料的裂紋擴(kuò)展、損傷成核和微觀結(jié)構(gòu)變化，這些變化與所有主體材料有關(guān)——不僅僅是合金709。”Rabiei表示，“這種顯微鏡可以幫助我們了解材料在從室溫到1000攝氏度，以及從0到2千兆帕的應(yīng)力等各類條件下失效的位置和原因。”

　　Rabiei的團(tuán)隊(duì)與英國伯明翰大學(xué)合作，評估合金709在高溫和高載荷條件下的機(jī)械和微觀結(jié)構(gòu)特性。

　　研究人員將厚度為1毫米的合金709樣品放置在高達(dá)950攝氏度的溫度下，直到材料“失效”，這意味著材料主體結(jié)構(gòu)已經(jīng)損毀。

　　“合金709的性能優(yōu)于316不銹鋼，而316不銹鋼是目前在核反應(yīng)堆中主要使用的。”Rabiei表示，“研究表明，合金709的強(qiáng)度在所有溫度下均高于316不銹鋼，這意味著合金709在失效前，可比316不銹鋼承受更大的壓力。例如，合金709可以在950℃的服役環(huán)境下承受盡可能多的載荷，而316不銹鋼只能在538℃的條件下實(shí)現(xiàn)相同的效果。

　　Rabiei表示，最新的顯微鏡技術(shù)可以使人們能夠在整個(gè)溫度和壓力變化過程中，監(jiān)測材料的孔洞成核和裂紋擴(kuò)展以及微觀結(jié)構(gòu)的所有變化。

　　這是一項(xiàng)很有前景的發(fā)現(xiàn)，但目前仍有很多工作需要完成。Rabiei表示，該工作的下一步是研究合金709在高溫環(huán)境下，施加周期性載荷或重復(fù)應(yīng)力時(shí)如何發(fā)揮作用。”

　　相關(guān)論文“不同溫度下合金709的拉伸性能研究”目前已發(fā)表在“材料科學(xué)與工程”雜志中。該論文的第一作者是前北卡羅來納州立大學(xué)研究生Swathi Upadhayay。該論文由伯明翰大學(xué)的Hangyue Li和Paul Bowen共同撰寫。這項(xiàng)工作得到了能源部的資助，編號為2015-1877/DE-NE0008451，英國研究與創(chuàng)新獎(jiǎng)項(xiàng)號為EP/N016351/1。