W-TiC合金面对等离子体材料及其电子束热负荷实验研究.pdfVIP

第39卷 第4期 稀有金属材料与工程 V01．39，No．4 2010焦 4月 RAREMETALMATERIALSANDENGD4EERINGApril2010 W-TiC合金面对等离子体材料及其电子束热 负荷实验研究 种法力1，于福文2，陈俊凌3 (1．徐州工程学院，江苏徐州221008) (2．合肥工业大学，安徽合肥230009) (3．中国科学院等离子体物理研究所，安徽合肥230031) 摘要：利用机械合金化方法制备各种W-TiC合金，并通过主要物理性能测试发现：TiC的引入能有效强化晶界，提 高合金材料的力学性能，特别是W-I％TiC(质量分数，下同)合金，其相对密度、抗弯强度、维氏显微硬度和杨氏模量分 别为98．4％、1065MPa、4．33和396GPa。同时电子束热负荷实验发现：在低于合金再结晶温度时，TiC能有效增强合 金热负荷承受能力；然而较高的晶粒应变能导致合金材料在再结晶温度以上使用时，热负荷性能增强效果不明显。这 些结果显示，约I％TiC弥散增强钨合金是较合适的托卡马克高热负荷面对等离子体材料。 关键词：钨合金：面对等离子体材料；热负荷性能 中图法分类号：TGl46．4+1l：TL62+7文献标识码：A 文章编号：1002-185X(2010)04-0750-03 W以及W合金具有高熔点、高导热率、低溅射 1 实 验 产额和高自溅射阀值、以及低蒸气压和低的氚滞留性 能，因此被认为是今后核聚变装置最有前途的面对等 制备W-TiC所用的钨粉末平均粒度2um、纯度 离子体高热负荷部件材料，也称之为第一壁材料[1,21。参99．9％，TiC粉平均粒度50nm、纯度≥99％。两种 但是，W面对等离子体材料的一个缺点是韧脆转变温 粉末按照质量分数配比，然后进行高能球磨混粉，为 度(DBTT)较高(100～400℃)，经历再结晶和中子防止粉末氧化，球磨过程中通入氩气保护。烧结过程 辐射后，韧脆转变温度会继续提高【3】，而且W等VIA是在真空热压炉中进行，烧结气氛为真空，烧结压力 族元素的晶界结合力非常小【4】，在再结晶温度时晶界 为30MPa，升温速度为10℃／min，烧结升温曲线如图 首先产生裂纹，降低了钨面对等离子体材料的热力学 1所示。为作对比，在相同条件下制备了纯W材料。 性能。因此，发展弥散增强钨合金材料无疑是十分必 要的，它能有效提高钨材料的再结晶温度、增强其力 学性能和降低DBTT。W-I％La203虽然没有降低 DBTT，但是再结晶温度提高了100～350℃，增强了 钨晶界强度；W-5％Re材料大大降低了DBTT(50～200 ℃)，提高了再结晶温度，但是Re为贵金属，提高了 p奄Jn苗gag皿■ 材料成本【5】。 TiC具有高熔点，低密度，以及与钨具有相似的 热膨胀系数等性质，是W合金的一种较好的增强体材 料【6】。Kitsunai和Song等人研究结果显示TiC颗粒对 Time w基体有很好的高温增强效果【7，8】。本实验利用机械 合金化方法制备W．TiC面对等离子体材料并分析了 图1 W-TiC合金材料烧结升温曲线 curveofW-TiC TiC含量对合金材料物理性能的影响，进而进行了热 Fig．1Smtefingtemperature alloy 负荷性能研究。 收到初稿日期：2009—04-28：收到修改稿日期：2010．01-07