CN114213129B - 一种高强度、高塑性且耐辐照的Ti-SiOC非晶陶瓷复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种高强度、高塑性且耐辐照的Ti-SiOC非晶陶瓷复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明为一种高强度、高塑性且耐辐照的Ti‑SiOC非晶陶瓷复合材料及其制备方法。该材料以非晶SiOC为基体，在Ti‑SiOC非晶陶瓷复合材料中，Ti元素的原子百分比为10％‑50％。通过添加不同含量的金属元素Ti，在非晶SiOC陶瓷基体中原位生成硬质TiC纳米颗粒增强相，可同时显著提高非晶SiOC陶瓷的强度和塑性变形能力。本发明在经过退火和辐照等后续加工处理后，Ti/非晶SiOC陶瓷基复合材料的强度或塑性可以进一步提高，这大大提高了非晶SiOC陶瓷的应用潜力。

Description

一种高强度、高塑性且耐辐照的Ti-SiOC非晶陶瓷复合材料及 其制备方法
技术领域：
本发明涉及陶瓷基复合材料技术领域，具体地说是一种含有硬质TiC纳米颗粒的非晶碳氧化硅(SiOC)陶瓷基纳米复合材料及其制备方法。
背景技术：
研发具有高强度和高塑(韧)性的先进材料是提高工程结构材料的安全性，以及减少环境压力的关键。金属合金凭借其优异的塑韧性和成型加工性，在工程材料和器件材料中有着广泛的应用。金属合金可以通过位错滑移和孪生等方式发生塑性变形，具有优异的塑性变形能力，因此对于金属合金，人们更着重于提高其强度的同时，保持其优异的塑(韧)性。通过在金属基体材料中引入不同类型的界面(晶界、相界和孪晶界)、溶质原子、弥散分布的颗粒等，可以阻碍缺陷(如位错等)的运动，从而显著提高其强度。但是，随着缺陷密度的增加，如晶界，金属合金会经历一个先强化再软化的过程，这主要是由于微观变形机制的改变引起的。例如，当晶粒尺寸减小到10-30nm以下时，金属材料的变形机制由位错滑移变为晶界的运动，从而导致软化现象(反霍尔佩奇效应)。这在一定程度上限制了传统金属合金的强化极限。同时，强化后的金属合金的热稳定性较差，在高温条件下其性能明显降低。晶体陶瓷的强度和热稳定性要远高于金属合金，但晶体陶瓷在断裂前几乎没有明显的塑性变形，难以开动的滑移系和高强度的离子键、共价键使其在受力时表现为突发的脆性断裂。陶瓷材料常通过引入晶须、颗粒以及借助相变、复合等方式增韧。
非晶材料由于具有超高的强度(～G/50)、优异的抗辐照损伤性能和结构稳定性，自20世纪60年代被发现以来就引起了许多研究者的关注。非晶材料不具有晶体结构，即存在短程有序、长程无序，同时也不存在传统的晶体缺陷，这使其具有高强度和优异的抗辐照性能，但是其塑性比较差。非晶陶瓷材料多为离子键和共价键，较高键能的离子键既可以提高其强度，还可以确保其优异的结构稳定性。近期的研究发现，非晶陶瓷在室温下受力时，可以通过自由体积和剪切转变区发生一定的塑性变形。但是，非晶陶瓷在外加应力的作用下极易形成局域剪切带而发生失稳，因此其在室温下的塑性变形能力非常有限(＜2％)，通常表现为突然的脆性断裂，这严重限制了非晶陶瓷在工程上的应用。
相关研究表明，通过设计纳米尺度上的异质结构(如引入第二相纳米颗粒、纳米树枝晶等)，可以有效阻碍单一剪切带的扩展，从而促进多重剪切带的增殖和相互作用，显著降低非晶合金中塑性变形的局域化程度，进而促进塑性变形的均匀化，实现非晶合金的塑韧化。因此，对于非晶陶瓷也可以通过设计微观异质结构，抑制单一剪切带的快速扩展，在不明显降低其强度的前提下，显著提高其塑性变形能力，从而得到高强度、高塑性的非晶陶瓷复合材料。
最近的研究表明非晶碳氧化硅(SiOC)具有优异的抗辐照损伤能力、良好的抗高温蠕变性能和出色的抗氧化能力。非晶SiOC的晶化温度在1300℃以上，同时在600℃和100dpa的辐照条件下仍能保持原有的非晶结构，不会产生明显的空洞及点缺陷等辐照缺陷，这使其有望应用于多种极端服役环境，如表面涂层，核反应堆用材料等。虽然非晶SiOC在室温下具有一定的塑性变形能力，但快速扩展的局部剪切带仍导致其容易发生突然的脆性断裂，其塑性变形能力仍远低于金属合金，这严重限制了非晶SiOC陶瓷的应用。在非晶陶瓷中，同样可以通过引入第二相颗粒，抑制局部剪切带的失稳扩展，促进多重剪切带的生成，提高非晶SiOC陶瓷塑性变形能力。
为此，有研究者采用磁控溅射的方法在非晶SiOC陶瓷中引入纳米尺寸(4-5nm)的纯金属颗粒(例如：纳米纯Cu颗粒，纳米纯Fe颗粒等)显著提高了其塑性变形能力。但是，由此得到的Fe/Cu-SiOC非晶陶瓷复合材料强度会明显的降低，这在一定程度上限制了其在极端环境下的应用。
发明内容：
本发明针对当前技术中存在的金属/非晶陶瓷复合材料的强度明显降低的问题，提供了一种高强度、高塑性且耐辐照的金属-非晶陶瓷复合材料及其制备方法。该材料以非晶SiOC为基体，通过添加不同含量的金属元素Ti，在非晶SiOC陶瓷基体中原位生成TiC纳米颗粒增强相，可显著提高非晶SiOC陶瓷的塑性变形能力。在经过退火和辐照等后续加工处理后，Ti/非晶SiOC陶瓷基复合材料的强度或塑性可以进一步提高，这大大提高了非晶SiOC陶瓷的应用潜力。
本发明的技术方案是：
一种高强度、高塑性且耐辐照的Ti-SiOC非晶陶瓷复合材料，该材料包括非晶SiOC陶瓷基体和Ti元素；Ti元素的60～70％以TiC纳米硬质颗粒增强体状态存在；
其中，硬质颗粒为高强度的TiC纳米晶体颗粒，颗粒无规则形状，尺寸在1-3nm之间，呈面心立方晶体结构排布；在Ti-SiOC非晶陶瓷复合材料中，Ti元素的原子百分比为10％-50％，其余部分为非晶SiOC基体；非晶SiOC基体中，Si，O，C三种元素的原子比为1.4：1.6：1。
所述的非晶陶瓷复合材料中，随着Ti元素的原子百分比的增长，陶瓷基复合材料的屈服强度也随之从2.6-3.5GPa上升至6.5-7.5GPa；TiC硬质纳米颗粒的尺寸始终保持在1-3nm之间。
另外，通过后期辐照后，沉积态的Ti-SiOC陶瓷基复合材料的屈服强度由原来的2.6-3.5GPa提升至3.9-4.5GPa，均匀应变由15-21％提升至24-29％；而退火后的Ti-SiOC的强度基本保持不变，均匀应变由原来的13-18％提升至20-26％。
所述Ti-非晶SiOC陶瓷复合材料为薄膜材料，总厚度为6-8μm。
所述的高强度、高塑性且耐辐照的Ti-SiOC非晶陶瓷复合材料的制备方法，该方法包括如下步骤：
第一步，对表面含有一层200～400nm厚的非晶SiO2的单晶硅片进行清洗；
使用无水乙醇对硅片进行预清洗，将预清洗后的硅片置于溅射室的载物台上。
第二步，将溅射室的舱门关闭，打开机械泵开始粗抽真空；真空度达到10Pa后开启分子泵，继续抽真空，同时对自动化程序进行预设参数；
预设参数：溅射室本底真空低于9.8×10-6Pa后，通入氩气，直至溅射室氩气气压为0.2～0.9Pa，氩气纯度99.999％，溅射温度为室温，施加偏压，预设样品台转速为5-15r/min；
第三步，调节SiC靶、SiO2靶和金属Ti靶的控制电源，三靶同时打开电源进行起辉溅射；SiC靶、SiO2靶采用射频电源，溅射功率均为20W-100W；Ti靶采用直流电源，溅射功率为5W-120W；溅射时间为2h-10h；
第四步，达到预设的溅射时间后，关闭电源，待基片冷却到室温后，更换相同规格的全新靶材；
第五步，以“第二步至第四步”为一个周期，重复2-10次，可得到厚度6～8μm的Ti-SiOC非晶陶瓷薄膜。
第六步，将制得的Ti-SiOC陶瓷基复合薄膜放在真空管式炉中，高纯氩气气氛下，将管式炉温度加热至600℃-1000℃，保温0.5～1.5h，关闭加热电源，随炉冷却即可得到退火后的Ti-SiOC陶瓷基复合薄膜。
所述的第三步至第四步中的SiC靶材纯度为99.95％，SiO2靶材纯度为99.995％，金属靶材的纯度均为99.995％。
所述的方法还包括第七步：在室温或300～1000℃下对薄膜进行0.5-10dpa的离子辐照处理，离子剂量率为1.6×1011ions/cm2·s，辐照离子为800KeV Cu2+；
辐照后Ti-SiOC陶瓷不仅能保持原有结构，无空洞及辐照缺陷产生，而且其强度进一步提高，同时塑性不会明显降低。
所述的第六步中，高纯氩气的纯度为99.99％，压力为5～10Pa。
上述Ti-非晶SiOC陶瓷基复合材料及其制备方法中所用到的原材料和设备均通过公知的途径获得，所用的操作工艺是本技术领域的技术人员所能掌握的。
本发明的实质性特点为：
本发明以非晶SiOC为基体，通过添加不同含量的金属元素Ti，通过磁控溅射法共溅射Ti靶材，SiO2靶材和SiC靶材制备，再经过600℃-1000℃退火处理，以促进TiC硬质颗粒的生成，以保证得到高性能的Ti-SiOC非晶陶瓷复合材料。
本发明的有益效果如下：
(1)本发明首次通过原位自生成TiC硬质纳米金属颗粒制备出Ti-非晶SiOC陶瓷基复合材料，该材料以非晶SiOC为基体，TiC硬质纳米颗粒为强化相，在显著提高了SiOC的塑性的前提下，还进一步提高了其强度并保持优异的耐辐照性能。该材料包括TiC纳米硬质颗粒增强相和SiOC非晶陶瓷基体，得到的Ti-SiOC非晶陶瓷复合材料的塑性和强度均得到显著提高。
(2)本发明将磁控溅射技术和原位生成纳米颗粒技术巧妙地结合在一起制备出一种可通过硬质纳米颗粒增强的SiOC陶瓷基复合材料，同时保证了非晶SiOC作为主体材料。对比该材料和纯SiOC非晶陶瓷，由于纳米强化相的引入使得材料的均匀压缩应变从5％上升至最高32％，变形能力有了显著的提升；对比于原有添加纯金属软相颗粒增韧的金属-非晶SiOC复合材料强度的明显降低，经有此方法制备的Ti-SiOC复合材料的强度不仅没有降低强度，相反强度还得到了明显的提高。此类SiOC复合材料的原料易获取、价格低廉；制备工艺简单易于自动化，经济效益高。
附图说明：
图1为不同处理条件时Ti-SiOC陶瓷基复合材料的微观组织以及相应的衍射照片；其中，图1(a)为沉积态Ti-SiOC照片、图1(b)为600℃退火Ti-SiOC照片，图1(c)为1000℃退火照片,图1(d)为5dpa辐照照片。
图2为不同处理条件的Ti-SiOC薄膜的力学性能表征。其中，图2(a)为不同处理条件时Ti-SiOC复合材料的真应力应变曲线；图2(b)为经辐照处理的Ti-SiOC微柱压缩前的微柱在扫描电镜下的照片，图2(c)为经辐照处理的Ti-SiOC微柱压缩后的微柱在扫描电镜下的照片。
图3为不同处理条件的Ti-SiOC复合材料的模量和硬度。
图4为微柱在变形后的微观组织的照片，其中，图4(a)为Ti-SiOC 1000℃退火1h再压缩后的微柱及微观组织的照片；图4(b)为图4(a)中虚线区域放大后的微观组织的照片。
具体实施方式
SiOC陶瓷在以往的强化方法中主要采用在基体中引入易变形的软相纯金属颗粒做为增强体，例如4-5nm的纯Fe和纯Cu颗粒等，从而显著提高SiOC陶瓷的塑性，但这往往伴随着其强度的降低。
本发明的核心创新之处在于首次将硬质纳米颗粒引入到了SiOC非晶陶瓷的基体中，此纳米颗粒的成分为TiC，具有极高的硬度(其硬度为35～36GPa)和强度，硬质纳米颗粒的尺寸约为1-3nm。该硬质纳米颗粒通过在SiOC基体中添加Ti元素得到，Ti元素的原子百分比在10-50％之间。
本发明中引入的TiC硬质纳米颗粒不仅可以达到目前其它增强体的塑韧化效果，更重要的是，通过该方法得到的金属-非晶陶瓷复合材料的强度也得到了显著提高，真正实现了强-塑的同时提高，从根本上避免了原有技术制得材料的强度降低的弊端。本发明的金属-非晶SiOC陶瓷复合材料为薄膜材料，采用磁控溅射法进行制备。
本发明选取了Ti做为金属添加元素，借助磁控溅射高通量的特点，能够快速调控Ti-非晶SiOC陶瓷复合材料的组成和微观组织结构，进而加快设计原理的发展。通过制备薄膜样品，可以为后期块体的制备、探索元素组成和工艺路线做好前期准备。本发明集中探索了元素含量和热处理条件对纳米颗粒形成的影响，并提供了一种工艺简单、成本低廉的制备方法。通过此方法制备的Ti-非晶SiOC陶瓷基复合材料，不仅保持了高强度、耐辐照、抗氧化、抗蠕变等原有的优异性能，同时塑性变形能力得到显著提高，大大提高了非晶SiOC陶瓷的应用潜力。
通过在单面抛光且表面含有一层200-400nm厚SiO2的单晶硅片基板上同时起辉溅射SiC、SiO2和纯金属Ti靶材，即可制得Ti-SiOC非晶陶瓷复合材料。通过改变Ti靶材的溅射功率，可以实现对Ti-非晶SiOC陶瓷复合材料中Ti元素含量(纳米颗粒的体积分数)的调控。本发明中共添加Ti元素的原子百分比从10％-50％不等，结果表明在非晶SiOC陶瓷中添加不同含量Ti元素均能使其塑性和强度有所提高。例如：含有TiC纳米颗粒的Ti15.8％-SiOC陶瓷复合材料的流变强度可超过7.0GPa，并且可发生超过10％的均匀变形。
本发明所制备的Ti-非晶SiOC陶瓷基复合材料具备优异的塑性变形能力，且保持较高的强度。制备这种Ti-非晶SiOC陶瓷材料工艺过程简单，能够快速高效的建立制备工艺-微观组织-性能之间的关联性，为其块体材料的制备提供了很好的指导作用，在保护涂层、结构材料等领域占有独特的结构和性能优势。具体通过以下实施例体现：
本发明的SiOC非晶陶瓷基体由SiC靶材与SiO2靶材(尺寸为
Figure BDA0003472944660000051
×5mm)同时溅射至单面抛光且表面覆盖200-400nm SiO2的单晶硅片上所得；在溅射SiC靶材与SiO2靶材的同时起辉溅射纯金属Ti靶材(尺寸为
Figure BDA0003472944660000052
×5mm)，即可制得Ti-非晶SiOC陶瓷基复合材料，溅射功率依具体预计金属含量而定。其中SiC靶材与SiO2靶材使用射频电源，纯金属Ti靶材使用直流电源。最终经由磁控溅射得到的Ti-非晶SiOC陶瓷基复合材料的厚度为6～8μm。
实施例1
通过高真空多室磁控溅射薄膜沉积系统PVD500制备Ti-SiOC非晶陶瓷基复合材料。
使用酒精对表面含有一层300nm厚的非晶SiO2的单晶硅片进行预清洗，将预清洗后的硅片置于溅射室的载物台上。将溅射室的舱门关闭，打开机械泵开始粗抽真空；真空度达到1Pa后开启分子泵，继续抽真空，同时进行预设参数。
预设参数：溅射室本底真空达到9.8×10-6Pa后，通入氩气，直至溅射室氩气气压为0.65Pa，氩气纯度99.999％，溅射温度室温，偏压为100V，样品台转速5r/min。
SiC(纯度99.5％)、SiO2(纯度99.995％)、Ti(纯度99.995％)三靶同时起辉溅射，其中SiC和SiO2靶采用射频电源溅射，溅射功率均为30W；Ti靶采用直流电源溅射，溅射功率均为15W。总溅射时间为7h，达到预定时间后三靶电源同时关闭。在通过磁控溅射制备样品时，溅射的气压和溅射功率对最终样品的性能有着重要的影响。其中溅射用的靶材纯度要保持在99.9％以上，以避免杂质对样品性能的影响。
将载物台退回样品室，关闭样品室与溅射室之间的闸板阀后，先后关闭溅射室真空泵与分子泵，待基片冷却到室温后，然后打开溅射室的放气阀和舱门，更换相同规格的全新靶材并清理靶套；
将以上“关舱门预设参数-起辉-溅射-冷却室温-更换靶材”步骤为一个周期，重复8次，可得到厚度8μm的Ti15.8％(原子百分比)-SiOC非晶陶瓷薄膜。其中，非晶SiOC基体中，Si，O，C三种元素的原子比为1.4：1.6：1(通过卢瑟福背散射(RBS)分析实验得到)。
接着将沉积态Ti15.8％-SiOC非晶陶瓷薄膜在管式炉中进行退火处理。退火之前，首先将管式炉中的真空度降至1×10-4Pa以下，然后通入氩气，防止薄膜氧化。退火温度为1000℃，退火时间为1h，加热速率为10℃/min。达到预定时间后随炉冷却。此步为成功制备高强度、高塑性的Ti-SiOC薄膜的关键步骤，TiC纳米硬质颗粒经过该条件下的处理后才能在SiOC基体中生成，TiC纳米硬质颗粒对材料性能起着决定性的作用。
在室温下对沉积态及热处理后的薄膜进行5dpa的Cu离子辐照处理，辐照实验采用的离子注入机为400kV美国静电公司(NEC)的离子注入机，离子剂量率为1.6×1011ions/cm2·s，辐照离子为800KeV Cu2+。
用本实施例制得的Ti-SiOC非晶陶瓷基复合材料进行透射电镜形貌分析及微柱压缩测试的实验过程如下：
TEM截面样品制备过程为：1.将表面镀有薄膜的单晶Si片对粘，粘接面为薄膜所在平面；2.将粘接后的样品沿垂直于粘接面方向切割成小块，用AB胶将样品粘在直径为3mm的钼环上；3.先后用3000目和7000目的砂纸沿垂直于粘接面的方向将Si片和薄膜进行机械研磨至截面厚度为40μm。4.利用凹坑仪沿垂直于粘接面方向将Si片和薄膜进行凹坑减薄，凹坑后的样品厚度为15μm左右。5.利用离子减薄仪在3.5KV下减薄，通常离子减薄的过程样品的温度会升高，减薄的过程需要用液氮对样品台进行冷却，使样品保持在室温以下进行离子减薄，避免因离子束减薄过程中样品受热而造成损伤，影响实验结果。
采用具有平头金刚石压头的PI85 PicoIndenter(Hysitron)进行微柱压缩实验以测试材料的塑性变形能力。使用聚焦离子束制备出直径2μm的微柱，微柱的高径比控制在2-3左右。用Ga离子束，在30kV下，通过逐渐降低电流来切割出微柱。使用100pA的电流进行最后的加工步骤，然后在50pA的电流下进行短时间加工处理，最后得到锥角小于1°的微柱，以尽量减少Ga离子对微柱侧壁的污染。接着利用SEM原位微柱压缩装置(HysitronPI85PicoIndenter)对微柱进行压缩测试，在位移控制模式下，加载速率为5nm/s，测试温度为室温，用视频记录压缩测试过程中的力-位移曲线以及对应的微柱变形过程，将微柱的变形形貌与力-位移曲线直接对应起来。对薄膜的三个不同位置先后进行三次微柱压缩实验，以提高实验数据的准确性。
如图1a所示，经由磁控溅射制备的Ti15.8％-SiOC陶瓷基复合材料，薄膜具有较好的致密性，未出现明显的自由体积与空洞，Ti原子均匀的分布在SiOC基体中，此时非晶SiOC陶瓷基复合材料的应变率高达23％，同时应力保持在4.5GPa，力学性能得到显著提高。经过退火处理后，基体中形成均匀分布的TiC硬质纳米颗粒，材料强度有了明显提升且仍能发生明显的塑性变形，如图1d所示。辐照后沉积态的Ti15.8％-SiOC陶瓷不仅能保持原有结构，无空洞及辐照缺陷产生,而且其强度进一步提高至3.7GPa，同时均匀塑性应变提升至26％。辐照前后力学性能的对比可见图2a。同时，根据图中的TiC颗粒的体积分布计算，形成TiC颗粒的Ti元素占总钛元素的比例约为65％。
实施例2
其他步骤同实施例1，不同之处为：Ti靶材的溅射功率变为10W，溅射时间变为8h/周期，可得到总厚度约为7μm的Ti10％-SiOC陶瓷基复合材料，后期的退火温度变为800℃；
其中Ti10％-SiOC的强度最高可达到6.5GPa，均匀塑性应变可达18％。和SiOC非晶陶瓷相比，强度和塑性均得到了显著提高。
实施例3
其他步骤同实施例1，不同之处为：Ti靶材的溅射功率变为25W，溅射时间变为7.5h/周期，可得到总厚度约为7μm的Ti32％-SiOC陶瓷基复合材料，后期的退火温度也为1000℃；
其中Ti32％-SiOC的强度最高可达到7.4GPa，均匀塑性应变可达15％。和SiOC非晶陶瓷相比，强度和塑性得到了显著提高。
以上实施例表明，本发明通过磁控溅射制备Ti-非晶SiOC陶瓷基复合材料，通过在非晶SiOC陶瓷中添加Ti元素，可以在SiOC基体中原位自生成TiC纳米硬质颗粒。对比Ti-SiOC陶瓷基复合材料和非晶SiOC陶瓷，TiC纳米硬质颗粒的引入使得材料的应变从最初的5％上升至最高32％，塑性变形能力提升6倍；更重要的是，TiC硬质纳米颗粒的引入也同时提高了其强度，屈服强度最高可达7.5GPa，接近非晶SiOC陶瓷的两倍。在经过0.5-10dpa的Cu离子辐照后，Ti-非晶SiOC陶瓷不仅保持着原有的结构，没有产生空洞及肿胀等现象，其塑性还发生了明显提高。因此，可以通过本发明中介绍的方法制备高强度、高塑性且耐辐照的Ti-非晶SiOC陶瓷基复合材料，同时，还可以通过改变成分配比、改变工艺参数、热处理和辐照等方法进一步调控其强度。通过此方法制备的Ti-非晶SiOC陶瓷基复合材料不仅可以解决SiOC塑性差的问题，实现其在结构材料和保护涂层等方面的应用，而且其强度不仅没有因硬质纳米颗粒的引入而降低，反而得到了显著提升，这样制得的超高强度和优异塑性组合的Ti-SiOC非晶陶瓷复合材料，可以针对不同应用环境选择制备方案，具有极高的应用潜力。
通过在不同Ti元素含量的体系中的多次实验，我们发现Si、O、C作为非金属元素，在与金属元素共溅射的过程中，容易与电负性较弱的金属元素发生反应，进而影响金属元素在非晶陶瓷基体中的存在形式。采用本文中所介绍的制备方法和实验条件，通过共溅射在非晶SiOC中添加Ti元素，可以在非晶SiOC陶瓷中原位生成纳米尺寸的TiC硬质颗粒。Ti元素的含量越高，得到的Ti-SiOC复合材料的强度也就越高，但这会略微造成塑性的降低。由此制得Ti-非晶SiOC陶瓷基复合材料，可实现非晶SiOC陶瓷的塑韧化,并同时显著提高非晶SiOC陶瓷的强度。强塑性的同时显著提高是本发明相比于原有类似生产技术的显著优势。
本发明未尽事宜为公知技术。

Claims (6)

1.一种高强度、高塑性且耐辐照的Ti-SiOC非晶陶瓷复合材料，其特征为该材料包括非晶SiOC陶瓷基体和Ti元素；Ti元素的60～70％以TiC纳米硬质颗粒增强体状态存在；
其中，硬质颗粒为高强度的TiC纳米晶体颗粒，颗粒无规则形状，尺寸在1-3nm之间，呈面心立方晶体结构排布；在Ti-SiOC非晶陶瓷复合材料中，Ti元素的原子百分比为10％-50％；
所述的高强度、高塑性且耐辐照的Ti-SiOC非晶陶瓷复合材料的制备方法，包括如下步骤：
第一步，对表面含有一层200～400nm厚的非晶SiO2的单晶硅片进行清洗；
使用无水乙醇对硅片进行预清洗，将预清洗后的硅片置于溅射室的载物台上；
第二步，将溅射室的舱门关闭，打开机械泵开始粗抽真空；真空度达到10Pa后开启分子泵，继续抽真空，同时对自动化程序进行预设参数；
预设参数：溅射室本底真空低于9.8×10-6Pa后，通入氩气，直至溅射室氩气气压为0.2～0.9Pa，氩气纯度99.999％，溅射温度为室温，施加偏压，预设样品台转速为5-15r/min；
第三步，调节SiC靶、SiO2靶和金属Ti靶的控制电源，三靶同时打开电源进行起辉溅射；SiC靶、SiO2靶采用射频电源，溅射功率均为20W-100W；Ti靶采用直流电源，溅射功率为5W-120W；溅射时间为2h-10h；
第四步，达到预设的溅射时间后，关闭电源，待基片冷却到室温后，更换相同规格的全新靶材；
第五步，以“第二步至第四步”为一个周期，重复2-10次，可得到厚度6～8μm的Ti-SiOC非晶陶瓷薄膜；
第六步，将制得的Ti-SiOC陶瓷基复合薄膜放在真空管式炉中，高纯氩气气氛下，将管式炉温度加热至600℃-1000℃，保温0.5～1.5h，关闭加热电源，随炉冷却即可得到退火后的Ti-SiOC陶瓷基复合薄膜。
2.如权利要求1所述的高强度、高塑性且耐辐照的Ti-SiOC非晶陶瓷复合材料，其特征为所述的非晶陶瓷复合材料中，随着Ti元素的原子百分比的增长，陶瓷基复合材料的屈服强度也随之从2.6-3.5GPa上升至6.5-7.5GPa；TiC硬质纳米颗粒的尺寸始终保持在1-3nm之间。
3.如权利要求1所述的高强度、高塑性且耐辐照的Ti-SiOC非晶陶瓷复合材料，其特征为所述的非晶陶瓷复合材料中，通过后期辐照后，沉积态的Ti-SiOC陶瓷基复合材料的屈服强度由2.6-3.5GPa提升至3.9-4.5GPa，均匀应变由15-21％提升至24-29％；而退火后的Ti-SiOC在辐照后的强度基本保持不变，均匀应变由原来的13-18％提升至20-26％。
4.如权利要求1所述的高强度、高塑性且耐辐照的Ti-SiOC非晶陶瓷复合材料，其特征为制备方法中，所述的第三步至第四步中的SiC靶材纯度为99.95％，SiO2靶材纯度为99.995％，金属靶材的纯度均为99.995％。
5.如权利要求1所述的高强度、高塑性且耐辐照的Ti-SiOC非晶陶瓷复合材料，其特征为制备方法中，所述的方法还包括第七步：在室温或300～1000℃下对薄膜进行0.5-10dpa的离子辐照处理，离子剂量率为1.6×1011ions/cm2·s，辐照离子为800KeV Cu2+。
6.如权利要求1所述的高强度、高塑性且耐辐照的Ti-SiOC非晶陶瓷复合材料，其特征为制备方法中，所述的第六步中，高纯氩气的纯度为99.99％，压力为5～10Pa。
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