钨涂层面对等离子体材料出气性能的研究

钨由于高熔点、低溅射率等优点而被广泛的认为是最有希望的核聚变装置面对等离子体材料.然而考虑到等离子体约束和边界气体再循环,钨涂层面对等离子体材料在真空中的出气性能的研究是十分重要的.研究结果显示钨涂层主要出气种类为H2,H2O,O2,CO/N2和CO2.在300℃、经过4小时的烘烤,涂层出气率有明显的降低,特别是H2O和CO/N2;继续烘烤对涂层出气率改善效果不显著,因此真空等离子体喷涂钨涂层在用作面对等离子体材料时,仍需要烘烤、放电清洗等壁处理手段.     

聚变堆装置中面向等离子体材料钨涂层的研究进展

钨具有高的熔点、不与氚发生共沉积、与等离子体好的兼容性和低的腐蚀率等优点,是最有前景的一种面向等离子体材料.为了解决面向等离子体材料的制备及其与热沉材料连接问题,涂层技术在实验聚变堆装置中得到广泛应用.评述了目前实验聚变堆装置中面向等离子体材料钨涂层的研究进展.     

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。     

聚变堆等离子体面对材料

介绍了当前核能的利用情况,指出了裂变能的局限性;阐明下世纪可持续供应的能源将是聚变能。聚装置中等离子体对材料的研究与开发是一个重要的和决定性的技术问题,根据实验和理论计算给出了ＰＦＭ的设计参数及其应用满足的技术要求,介绍了一些实验装置中作用ＰＦＭ的材料及有望作ＰＦＭ的材料,并分析了这些材料的优缺点。     

钼基体上真空等离子体喷涂钨涂层的研究

采用真空等离子体喷涂(VPS)技术制备出厚度超过0.8 mm的金属钨涂层,并对涂层进行了高温热处理.结果显示:金属钨涂层主要呈层状结构,其密度可达到理论密度的98%以上;工艺参数对喷涂涂层性能有较大影响,特别是对涂层密度、结合强度有影响;高温热处理引起界面结构变化,形成钨钼混合层,且再结晶形成细小的晶粒;和CVD方法以及常压等离子体喷涂方法制备的钨涂层相比,低压等离子体喷涂具有明显的优势.     

La_2O_3弥散增强钨合金面对等离子体材料及其高热负荷性能

本论文通过粉末冶金方法制备La2O3弥散增强钨合金面对等离子体材料并对其进行了组织性能和电子束热负荷性能的分析。结果显示La2O3弥散增强相抑制钨粒子长大效果显著,而且使W-1wt.%La2O3合金材料的抗弯强度提高了约35.7%。同时,W-1wt.%La2O3也表现出较好的热负荷性能,能够承受6MW/m2热负荷功率密度;在更高热负荷条件下,较高的表面温度导致La2O3出现熔化及W-1wt.%La2O3合金材料表面出现微裂纹等损伤,因此面对等离子体材料直接水冷对延长材料使用寿命和提高热负荷性能是十分重要的。     

嬗变元素Re、Os对聚变装置面向等离子体钨材料性能的影响

钨(W)由于具有高熔点、高密度、低热膨胀系数、低氚滞留、低溅射产额等优异性能,被认为是最有潜力的聚变装置面向等离子体材料.氘氚聚变反应产生的14 MeV中子会导致W中嬗变元素铼(Re)、锇(Os)的产生,随着服役时间的延长,嬗变元素不断累积.这两种嬗变元素的产生势必会影响到W材料的微观组织结构,进而对W材料的性能产生影响.本文全面介绍了W嬗变元素Re、Os对聚变装置面向等离子体W材料的关键服役性能的影响,包括对力学性能、抗辐照性能、热学性能以及钨中氢同位素输运行为的影响.结果表明,W嬗变元素Re、Os能对W材料的性能造成较大的改变,但目前相关的研究都不够系统化,未来还需进行更为系统的研究来全面地对中子辐照条件下聚变装置面向等离子体W材料的性能进行评估.     

钨基面对等离子体材料的制备和性能

利用等离子体喷涂技术和弥散增强粉末冶金方法制备钨基面对等离子体材料,并对其基本物理属性进行了分析,包括气孔率及其分布、硬度、抗弯强度、结合强度。同时,利用电子束实验装置对钨基复合材料高热负荷性能进行了研究。研究发现,VPS-W涂层能够承受10MW/m~2、100s的热负荷沉积,涂层开裂、分层是其失效原因;TiC和La_2O_3弥散相增强了钨基复合材料性能,在表面温度控制在1500℃以下可作为面对等离子体材料。     

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。     

超细晶/纳米晶钨——未来聚变堆面向等离子体材料

钨为未来高参数准稳态运行聚变堆最有前景的面向等离子体材料。超细晶/纳米晶结构有可能提高钨材料的热力学性能和抗粒子辐照性能,因而成为一个很有前途的研发方向。深度塑性变形和粉末冶金均已在制备超细晶/纳米晶钨方面开始了初步探索,深度塑性变形的等通道角挤压法因能制备致密度高、韧脆性能优异、大尺度的块体超细晶/纳米晶钨,极有可能在钨基面向等离子体材料制备方面取得突破。     

梯度复合SiC/C面向等离子体材料的制备与表征

利用粉末冶金方法,完成了SiC和C两种难烧结物质的同步烧结,制备出了SiC成分分布从0％～100％的接近理论密度的SiC/C FGM,显微观察显示材料的成分和结构是呈梯度分布的。材料将SiC的良好的耐腐蚀性和石墨的良好的抗热冲击性结合在一起,并具有较高的有效热导和良好的抗热疲劳能力,化学溅射和Tokamak原位等离子体辐照结果显示材料具有良好的耐高温等离子体冲刷性能。     

不同辐照粒子下钨及钨合金辐照损伤行为的研究进展

研究核聚变、准稳态等离子体下面向等离子体材料的辐照行为,发展适合于先进实验超导托卡马克(EAST)、国际热核聚变实验堆(ITER)和中国聚变工程实验堆(CFETR)长脉冲高参数运行乃至未来聚变反应堆稳态运行的高性能面向等离子体材料是当前核聚变研究一项艰巨而又紧迫的任务。钨因具有高熔点、高导热率、低溅射腐蚀速率、高自溅射阀值以及低蒸气压和低氚滞留等优异性能,被认为是聚变装置最具有前景的面向等离子体材料。综合评述了钨及钨合金在不同辐照粒子下损伤行为的最新研究进展。粒子辐照造成的微观缺陷在钨及钨合金内部累积,辐照造成缺陷的形成和数量与钨基材料颗粒微观结构、第二相成分等密切相关,辐照缺陷情况各异。同时,辐照粒子种类、能量、剂量和温度等辐照条件都会对钨材料辐照后的形貌特征和缺陷产生重要影响。     

浸渗法合金化纯钨表层的研究

采用浸渗Ni-Fe熔体法,使纯钨形成一定深度的W-Ni-Fe合金化表层,研究不同浸渗时间下合金化表层的深度变化与显微组织特征.结果表明:浸渗10～40min对应的合金化表层均由W相与含一定W原子的富Ni-Fe黏结相构成.浸渗10min和20min时,对应的合金化表层深530μm和700μm,黏结相非常细小,且分散嵌于W相之间;浸渗30min和40min时,对应的合金化表层深750μm和770μm,在深约60μm的浅表内,黏结相明显增大,部分W相呈圆滑颗粒态.结合实验结果及W-Ni二元合金相图,分析了合金化表层的形成机制.     

等离子喷涂碳化钨涂层的静摩擦性能

叙述了等离子喷涂碳化钨(WC)涂层与不同材料组成摩擦副的静摩擦性能.结果显示,摩擦副的静摩擦系数与偶件的表面粗糙度和显微硬度相关.与WC涂层配对的偶件材料的显微硬度越低,摩擦副的静摩擦系数越高;提高WC涂层的粗糙度以及降低与WC配对的偶件材料的粗糙度可有效地提高摩擦副的静摩擦系数.     

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。     

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．