面向等离子体SiC/C功能梯度材料的研究

用热压制备了SiC/C功能梯度材料（Functionally Graded Materials,FGM），评估了SiC/C FGM的微观组织和物理性能。其中SiC/C FGM的耐等离子体冲刷行为显示了它们在核聚变实验装置中作为面向等离子体材料的良好应用前景。     

梯度复合B_4C/Cu面向等离子体材料的制备与表征

基于Ｂ４Ｃ和Ｃu材料具有明显电阻率及熔点差的特点,提出了在超高压下通电快速烧结Ｂ４Ｃ／Ｃｕ梯度复合材料的新工艺．在 ２～４ＧＰａ、１２ｋＷ,４０ｓ及适当的热处理条件下成功制备出了成分分布从０～１００％的接近理论密度的Ｂ４Ｃ／Ｃu层状复合材料;显微观察显示材料的成分和结构是呈梯度分布的．化学溅射实验表明其产额比 ＳＭＦ ８００核纯级石墨降低 ７０％;在Ｔｏｋａｍａｋ原位等离子体辐照下,材料表面无明显损伤．     

梯度复合B4C/Cu面向等离子体材料的制备与表征

基于B4C和Cu材料具有明显电阻率及熔点差的特点,提出了在超高压下通电快速烧结B4C／Cu梯度复合材料的新工艺。在2－4GPa,12kW,40s及适当的热处理条件下成功制备出了成分分布从0－100％的接近理论密度的B4C／Cu层状复合材料;显微观察显示材料的成分和结构是呈梯度分布的。化学溅射实验表明其产额比SMF800核纯级石墨降低70％;在Tokamak原位等离子体辐照下,材料表面无明显损伤。     

面向等离子体W/Cu功能梯度涂层的热应力模拟

应用有限元分析软件ANSYS研究了W/Cu功能梯度涂层的3D模型在不同热流密度的稳态冲击下的工作应力和分布以及在边缘局域模式下的瞬态热冲击的表面温度随热流持续时间的关系.结果表明,当钨涂层表面层厚度为2mm、梯度层为240μm时,最大等效应力得到有效缓解;W/Cu部件能承受高达500MW、持续时间为5ms的高热流冲击.     

W2Cu面对等离子体梯度热沉材料的制备和性能

采用粉末冶金法制备了 W2Cu面对等离子体梯度热沉材料。对其显微组织、 界面以及重要的热学、 力学性能进行了研究。显微组织观察表明 : 截面成分呈梯度分布 , 并通过高温下元素的扩散 , 实现了组织的连续变化 , 层间没有明显界面 ; 烧结后 Cu形成了连续的网络结构 , 分布在 W颗粒周围。W2Cu梯度材料的化学元素分- 1布和热学、 力学性能沿厚度方向呈梯度变化 , 材料整体的热导率达 151. 4 W·(m·K) 。在 800 ℃ 温差条件下 ,对材料分别进行抗热震和耐热疲劳实验。热震实验后 , 界面处未发现裂纹和开裂现象 , 表现出良好的抗热震性能。经过 83次热循环冲击后 , 观察到了裂缝 , 并探讨了裂缝形成机制。     

圆板状SiC/C功能梯度材料残余热应力特征有限元分析

功能梯度材料残余热应力的大小及分布对其性能有效发挥及长期稳定使用有着较大的负面影响,为了尽可能充分发挥材料性能,增加材料的使用寿命,需尽可能减小残余应力以及使其合理分布.本文采用ANSYS有限元分析软件对不同叠层工艺参数的等离子体第一壁候选材料--SiC/C功能梯度材料(FGM)的残余热应力进行了数值模拟,获得了使热应力有效缓和的较适宜的工艺参数,对实际研发制备目标材料也可提供一些理论参照.相关结果表明,适量增加梯度叠层数及中间梯度层厚度可逐步有效缓和残余热应力,同时,针对本文今后应用的仍以炭材料为主体的炭基陶瓷保护层复合SiC/C FGM而言,纯SiC层厚度应取较小值,而叠层成分分布指数应取0.8～1.0为宜.     

用CVI工艺制备碳纤维增强C－SiC梯度热结构材料

用化学气相渗（ＣＶＩ）工艺，分别用分段沉积和共沉积方法制取了Ｃ／Ｃ－ＳｉＣ梯度热结构材料，并比较了二者的成分梯度、性能与组织结构特征。     

新型钨基面向等离子体材料的研究进展

纯钨应用于聚变堆中面向等离子体材料具有难加工、高的韧脆转变温度、低的再结晶温度等缺点,而钨基材料是一类具有广阔应用前景的面向等离子体材料,受到国内外的广泛研究。综述了采用氧化物颗粒弥散强化、碳化物颗粒弥散增强、合金化增强钨基材料和钨基复合材料等强化手段制备新型钨基面向等离子体材料的近年研究进展。采用相应的增强方法可使得钨基材料某些方面的性能得到提高,如显著提高抗弯强度、硬度和断裂韧性,具有较好的抗腐蚀性、延展性和抗冲击力等优点,但是在承受大的工作热负荷时,钨基材料仍会失效,尚需要继续进行相关材料的工艺、性能研究。     

SiC/C功能梯度材料的制备和评价

以粉末冶金方法制备了块体SiC／Ｃ ＦＧＭ,该材料结合了SiC的耐腐蚀、抗冲刷和石墨的高抗热冲击性能,具备良好的抗热疲劳性能,拓展了ＳiC陶瓷的应用前景．     

聚变装置钨涂层面对等离子体材料的性能

对铜基体上真空等离子体喷涂1 mm的钨涂层进行了分析研究,主要包括微观结构、热力学属性以及成分分析.结果显示,钨涂层气孔率仅为7.6%,室温热导率达到79.7 W/(m·K),W/Cu结构界面结合强度高达45 MPa,这些结果对钨作为聚变装置面对等离子体材料的应用是令人鼓舞的.涂层材料的出气性能也是面对等离子材料的一个重要指标,钨涂层出气气体种类主要是氢气和水蒸气.而且在300℃经过4 h高温烘烤后出气率大幅度降低,更长时间的烘烤则对出气率影响不是太明显.因此可以看出钨涂层作为聚变装置面对等离子体材料的应用是可行的.     

Evaluation of Thermophysical Properties of Functionally Graded Materials

In this work, by considering four-layered functionally graded material (FGM) specimens of Cu/Ni and PSZ/NiCrAlY, the transient characteristics and homogeneity of heat conduction media have been studied. The thermal diffusivities of the considered specimens have been measured by the laser flash method. As the temperature response curve of a FGM is very similar to that of a homogeneous material, it is difficult to distinguish a FGM from a homogeneous material by the shape of the temperature responses. Therefore, the thermal diffusivity obtained from the half-time method is usually taken as the corresponding value of the thermal diffusivity. The apparent thermal conductivity, obtained from the corresponding value of the thermal diffusivity and the average of the heat capacity of each layer, is different from the effective thermal conductivity, obtained from the sum of the heat resistances of each layer. As the values of the heat capacity of materials exist over a certain range, and the heat capacity distribution can be predicted when the materials in a FGM are known, the amount of error that will be caused when the effective thermal conductivity is replaced by the apparent value can be determined. Also, the heterogeneity of a FGM, based on an evaluation of thermophysical properties, has been discussed.Paper presented at the Seventh Asian Thermophysical Properties Conference, August 23–28, 2004, Hefei and Huangshan, Anhui,P. R. China.     

钨用作核聚变装置面对等离子体材料可行性分析

通过与碳材料比较,分析钨作为核聚变面对等离子体材料的可行性。研究结果显示,钨是最有前景的面对等离子体材料,氢及其同位素滞留量小、热能和粒子反射率高、溅射率低、杂质聚集可控等,除此之外,钨具有熔点高、热力学性能优异等优点。     

聚变堆中面向等离子体材料的研究进展

受控热核聚变能是公认的可以有效解决人类未来能源需求的主要途径之一,经过多年的努力,其研究已经取得很大进展,进入了从物理可行性向工程可行性的验证阶段.决定核聚变能未来发展的一个关键问题是相关的材料问题,尤其是面向等离子体材料的发展.评述了国内外目前核聚变实验装置中面向等离子体材料的研究进展.