杂质气氛O₂对U₂N_3+xO_y—CO表面腐蚀行为的影响研究

【作者】 罗丽珠； 陆雷； 刘柯钊；

【机构】 表面物理与化学重点实验室；

【摘要】 铀氮化物因其良好的抗腐蚀性能,以及与铀基底的平缓过渡,被认为是重要的铀及合金表面改性层。改性过程中,工艺条件控制差异可能导致薄膜组分和结构的差异,如含氧、含碳氮化物的生成。文献结果表明:UN_xO_y是铀氮化物的中间氧化产物,故其腐蚀行为研究将有利于相应铀氮化物腐蚀机理的深入认识。本研究采用磁控溅射沉积方法在Si基底表面成功制备U₂N_3+xO_y薄膜,利用X光电子能谱技术获得U₂N_3+xO_y薄膜在CO和CO/O₂气氛中表面状态的变化情况,并对其腐蚀行为以及杂质氧对U₂N_3+xO_y—CO反应机理的影响进行深入研究。结果表明:超高真空条件下,CO在U₂N_3+xO_y薄膜表面表现为氧化特性;在杂质O₂存在的情况下,O₂优先于CO与U₂N_3+xO_y发生氧化反应,且生成的高价铀氮氧化物或铀氧化物催化CO的氧化,使得CO表现为还原特性;而在杂质O₂消耗完后,CO的氧化特性逐渐呈现。超高真空、无杂质O₂条件下,CO在薄膜表面吸附解离生成的C聚集在薄膜表面,以无定形碳存在;而解离生成的氧在薄膜内扩散并发生氧化反应;氧化反应生成的氮向薄膜内部扩散,并在界面处反应生成中间产物U₂N_3+x;随反应进程的推进,U₂N_3+x层逐渐向薄膜内部迁移。更多还原