钨基材料强韧化技术的现状与发展趋势

开发受控核聚变能被认为是解决人类能源问题的重要途径。但在实际应用中仍存在许多难题,其中托玛卡克装置对第一壁材料具有很高要求。国内外一系列实验研究表明钨具有高熔点、良好的导热性和热冲击性、低热溅额等优点,是未来托卡马克聚变堆中最合适的面向等离子体第一壁材料。但是,钨作为将来工程化应用的面向等离子体材料,存在韧脆转变温度高、再结晶温度低以及聚变环境下高热流和高粒子流下的辐照损伤等问题。本文重点综述了从钨材料组成设计方面提高钨基材料强韧性方法的研究进展,包括合金化、纤维增韧、弥散强化及大塑性变形制备超细晶钨等手段,介绍了实现这些手段采用的材料组成设计、实验方法、作用机制、对钨基材料的改善效果及存在的不足,分析了未来钨基材料强韧化技术的发展趋势。     

核聚变堆领域钨及其合金与异种材料连接技术

钨及其合金因具有熔点高、沸点高、真空蒸气压低、低的热膨胀系数、无毒、导热性能好以及低溅射率等特性成为未来聚变堆面向等离子体材料第一候选材料。为减少核聚变堆运行过程高能束流及辐射热对钨表面损伤,需要将钨与和热沉材料连接成一体,对钨进行主动冷却。钨及其合金与钢、铜及铜合金之间物理性能差异巨大,实现钨及其合金和异种材料的可靠连接是建造核聚变堆的关键技术。本研究从核聚变堆用钨及其合金与异种材料的特性出发,对钨及其合金与异种材料主要连接技术以及未来可能用到的技术进行了归纳总结,包括钎焊、扩散焊、激光沉积成型等技术,并结合实际工程应用需求,提出了对于钨及其合金与异种材料连接的未来展望,为后续研究提供相关参考。     

核聚变堆用钨及钨合金辐照损伤研究进展

随着人们对能源的需求持续迅速增长,化石燃料等传统能源在可预见的未来即将枯竭,并带来严峻的环境问题。轻原子核核聚变反应产生的聚变能是解决人类能源问题的重要潜在途径。近年来对聚变堆的研究取得了显著进展,随之而来的材料问题逐渐成为一个现实难题,这是由于反应堆中的材料将面临苛刻的工作环境。钨(W)具有高熔点、高导热率、高密度、低的热膨胀系数、低蒸气压、低氚滞留、低溅射产额和高自溅射阀值等优异性能,被认为是今后核聚变装置最有前途的面对等离子体第一壁材料,但钨及钨合金由于脆性问题在未来聚变装置中的应用也面临着巨大的挑战,其中辐照缺陷的产生往往导致材料脆化,缩短部件服役寿命。这些缺陷还会与珍贵的聚变燃料(如氚)产生相互作用,导致严重的滞留和渗透问题。因此,研究钨及钨基材料的辐照损伤就显得非常有必要,通过材料成分/结构/组织的设计来延缓辐照缺陷的产生将具有非常重要的意义。本文对商用钨材料及先进钨合金材料(超细晶钨、W-Ta合金、弥散增强钨)的辐照损伤现状及最新研究进展进行了综合评述。     

合肥物质科学研究院在高性能纳米晶钨基合金研制方面取得进展

正近期,中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所研究员方前锋课题组在纳米结构钨基合金研制方面取得新进展,通过压力辅助低温致密化烧结法成功制备出高强度双纳米结构钨材料。钨基合金被认为是最有潜力的能够应用于聚变反应堆极端环境的面向等离子体第一壁材料,但商业纯钨的脆     

面向等离子体钨材料中氢氦气泡形成研究获进展

<正>中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所内耗与固体缺陷实验室科研人员与合肥研究院等离子体物理研究所和中国科学技术大学科研人员合作,在面向等离子体材料钨中氢氦气泡成核和生长机制研究方面取得新进展,相关科研成果发表在聚变领域权威期刊《核聚变》(nuclearfusion)上。体心立方钨具有高熔点、良好的抗中子辐照和抗溅射腐蚀等优点,被选为国际热核聚变实验堆(iter)的面向等离子材料。来自芯部等离子体(d-t聚变反应)中的氢同位素和氦离子在材料中的行为往往导致面向等离子体材料的失效。科研人员使用密度泛函理论方法研究了金属钨中氢和氦气泡的成核和生长机制,发     

钨在核聚变反应堆中的应用研究

钨(W)是聚变实验堆及示范(DEMO)堆中面向等离子体材料(PFM)的首选。目前国际热核聚变试验堆(ITER)的偏滤器采用钨/铜结构;大型托卡马克如JET、ASDEX-U、WEST均进行了基于W-PFM的材料研发及应用。我国已具备研制类ITER钨/铜偏滤器的能力;成功升级的EAST上偏滤器为等离子体的长脉冲高约束运行提供了有力保障。未来DEMO堆的偏滤器及第一壁设计多基于W-PFM。W-PFM研究必须缓解或消除强流等离子体、高热流及中子辐照损伤问题。合金化/弥散粒子掺杂/纤维增韧是可能改变W-PFM热/力学以及抗辐照性能的有效手段;智能钨合金等亦具有发展前景。     

氧化钇含量对W-ZrC复合材料显微组织和抗热冲击性能的影响

钨是聚变堆面向等离子体材料的主要候选材料,抗瞬态热冲击能力是其重要的服役性能。为了提高钨的抗热冲击性能,以W-0.5%ZrC复合材料为基体,采用放电等离子烧结制备了具有不同氧化钇含量的W-ZrC-Y复合材料,采用扫描电镜和透射电镜对氧化钇含量与晶粒组织之间的关系进行研究,通过显微硬度和抗弯强度测试对不同氧化钇含量样品的力学性能进行比较,采用高能电子束对其瞬态热冲击行为进行测试。结果表明,钇添加含量为0.5%时,所制备的复合材料具有最为均匀的细晶组织,其弯曲强度最高,同时具有最高的抗瞬态热冲击开裂阈值。     

高剂量氦离子辐照对新型中子增殖铍钨合金表面结构的影响

为了确保未来核聚变反应堆的氘氚自持燃烧必需采用中子增殖材料来得到合适的氚增值比。金属铍被认为是最有前途的核聚变反应堆固态中子倍增材料,但其熔点低,高温抗辐照肿胀性能差,因此需要寻找和研发具有更高熔点和更耐辐照肿胀的新型中子增殖材料以满足更先进的聚变堆要求。本研究尝试提出并制备了一种更高熔点的铍钨合金（Be₁₂W）,通过X射线和扫描电子显微镜对它的相组成和表面结构进行分析。对新型铍钨合金进行高剂量的氦离子辐照,发现合金表面一次起泡的平均尺寸约为0.8 μm,面密度约为2.4×107 cm?2,而二次起泡的平均尺寸约为80 nm,面密度约为1.28×108 cm?2。分析氦辐照引起的表面起泡及其机制,并与纯铍和铍钛合金表面起泡的情况进行了对比。      

高性能细晶钨基复合材料制备关键技术及开发应用

钨基复合材料具有密度高、熔点高、强度高、热膨胀系数小、热导率高、抗辐射能力强、耐腐蚀性强等优点,在电子信息、机械加工、航天航空、国防军工和核工业等领域可广泛用作穿破甲材料、电子封装材料、电极材料以及核辐射屏蔽材料等。采用传统方法制备的钨基复合材料由于晶粒粗大、组织均匀性差、性能低或致密度低等缺陷,已经难以满足尖端技术领域的发展需要。采用纳米复合技术制备的细晶钨基复合材料具有致密度高、组织细小且均匀、性能好等优点,成为钨基复合材料发展的重要方向。概述了高性能细晶钨基复合材料的制备关键技术与开发应用,并对高性能细晶钨基复合材料的应用前景作出了展望。     

中国钨协钨钼材分会1991年高密度钨合金经济技术研讨会议纪要

<正> 根据1990年10月在甘肃省天水市召开的“钨基电触头材料”和“高密度钨合金”专业组成立会议纪要中关于高密度钨基合金专业组将于1991年四季度召开高密度钨基合金强化的经验交流会的决定,于1991年11月3～5日在陕西省西安市召开了中国钨协高密     

镓基低熔点合金复合材料研究进展

近年来,镓基低熔点合金或镓基液态金属复合材料显示出非常广阔的应用前景,镓基低熔点合金在室温下兼具液体的流动性和金属性,其双重特性提供了复合材料的多样性。本文综述了镓基低熔点合金及其复合材料的发展背景,说明了其复合材料的制备、性能及应用,总结和讨论了镓基低熔点合金复合材料与金属或非金属材料复合的方法和机理,介绍了室温镓基液态金属复合材料在智能传感电子皮肤、印刷技术和热界面材料等多个领域的最新研究进展。最后,展望了镓基低熔点合金复合材料的未来发展,为其进一步研究、应用与发展提供了强有力的支持。     

高导热金属基复合材料的制备与研究进展

随着电子器件芯片功率的不断提高,对散热材料的热物理性能提出了更高的要求.将高导热、低膨胀的增强相和高导热的金属进行复合得到的金属基复合材料,能够兼顾高的热导率和可调控的热膨胀系数,是理想的散热材料.本文对以Si、SiCp、金刚石、鳞片石墨为增强相的铜基及铝基复合材料的研究进展进行了总结,并就金属基复合材料目前存在的问题...     

碳纳米管增强Cu基和Al基复合材料界面改性

在碳纳米管(carbon nanotubes,CNTs)增强Cu基和Al基复合材料的制备中,界面改性是提高复合材料性能的重要方法。金属基体和碳纳米管间的有效界面结合直接影响了复合材料中界面的载荷传递、导电以及导热性能,从而影响复合材料性能。本文综述了近几年碳纳米管增强Cu基和Al基复合材料界面改性的工艺方法,讨论了界面改性工艺对碳纳米管增强Cu基和Al基复合材料界面结构和性能的影响。     

复合定形相变材料的封装及应用研究新进展

有机相变材料具有热存储密度高、自身温度和体积变化小、腐蚀性小和化学性质稳定等优点,能有效提升不可再生能源的利用率,是一种绿色节能环保材料,在新能源开发和热能储存领域起着至关重要的作用。然而,有机相变储能材料普遍存在相变过程中熔融泄漏和热导率低的问题,严重制约了相变材料的实际应用。因此,相变材料的封装定形和导热强化成为近年来的研究热点。本文针对有机相变材料普遍存在的泄漏和热导率低问题,综述了有机相变材料的封装技术和导热强化技术的基本方法及最新研究成果,并总结了复合相变储能材料的能量转换机理,浅谈了复合定形相变储能材料在建筑节能、太阳能和电子设备等领域的应用情况。最后,对未来复合定形相变储能材料发展的研究重点和方向进行了展望。      

渗铜用钨骨架制备工艺的研究进展

钨铜复合材料结合了钨的高熔点、高硬度、低膨胀系数和铜的高导电、导热性能,是一种性能十分优良的复合材料。熔渗法是目前制备钨-铜材料中广泛应用的方法,而熔渗法制备钨铜材料的关键是怎样获得一定致密度的钨骨架。目前制备钨骨架常用的方法主要有以下4种：（1）高温烧结;（2）模压成形;（3）挤压成形;（4）注射成形。本文就目前这4种常用钨骨架的制备工艺进行了简要的介绍和评述。     

不连续增强钛基复合材料的研究进展

不连续增强相能有效改善钛基体的力学性能，提高钛基体的耐磨性、高温强度和抗氧化性，拓宽了钛合金的应用领域。陶瓷增强相具有硬度高、耐磨性好、热稳定、成本低廉等优点，成为不连续增强钛基复合材料的首选增强相，其中使用最为广泛的是TiC颗粒和TiB纤维。纳米碳材料因具有高弹性模量以及高抗拉强度等优异性能，可有效改善复合材料的强度、塑性，被用来制备高比强度的钛基复合材料，近年来成为最具潜力增强体材料。本文从增强体材料的选择出发，归纳总结了近十年不连续增强钛基复合材料的研究进展，综述了不同增强体材料对钛基体组织与力学性能的影响以及强化机理，提出进一步的研究方向，为提高钛基复合材料的整体性能和扩大其应用范围提供一定的依据。     

铬–铝氧化物复合阻氚涂层的制备工艺研究

氚(T)的原子半径小且反应活性高,极易进入包层结构内部或透过包层材料释放到环境中,导致结构材料性能下降、氚的损失以及放射性污染,因此,阻氚涂层对于聚变堆氚增殖包层的安全运行至关重要。氧化物复合阻氚涂层具有制备工艺简单、化学性质稳定、熔点高等优点,成为近年来聚变堆材料的研究热点。本文将化学电镀、熔盐电沉积及气氛氧化工艺相结合,在金属管材内壁制备氧化铬–氧化铝复合涂层,并对涂层的结构形貌、厚度、结合力等进行了测试分析。铬–铝氧化物复合涂层表面均匀致密,厚度为10~40μm,孔隙率为7%~8%,与基体结合力大于20 N。     

高热导率低热膨胀系数Cu-ZrW_2O_8复合材料的制备与性能

以负热膨胀材料ZrW2O8与金属Cu为原料,分别采用常规烧结法和热压法制备具有高热导率低膨胀系数的新型Cu基复合材料Cu-ZrW2O8,研究ZrW2O8体积分数与烧结方法对该复合材料致密度、热导率及热膨胀系数的影响.结果表明:热压法制备的Cu-50%ZrW2O8复合材料的热导率达173.3 W/(m·K),致密度为91.6%,均明显高于常规烧结样品;热压样品的热膨胀系数为11.2×10-6K-1,稍高于常规烧结样品:在150～300℃温度范围内热处理后该样品的平均热膨胀系数降低到10.87×10 -6K-1,较纯Cu的平均热膨胀系数17×10-6K-1低很多,有望成为一种新型的电子封装材料.     

摩擦纳米发电机在收集蓝色能源上的应用与研究

近年来,随着人们对海洋资源的开发和研究,为了减少碳排放和保护我们的环境,可再生能源收集技术将在不久的将来成为关键的解决方案。其中,摩擦电纳米发电机是利用接触电气化现象的最有前途的机械能收集器之一,其具有可利用的机械能资源丰富、材料可得性和可选性广、器件结构相对简单、加工成本低等诸多优势,正迅猛发展。在过去的十年中,世界各地研究人员在这一领域的研究取得了巨大进展。本文综述了近年来运用在摩擦纳米发电机上的各种新型摩擦电材料,介绍了摩擦电材料的选取规则,并总结了对摩擦电材料进行物理表面修饰、化学表面修饰和其他相关改性方式,最后归纳了用于收集蓝色能源的摩擦纳米发电机装置的仿生结构的设计研究进展,并对未来的应用和发展方向进行了展望。