W-TiC/Cu FGM的制备及其在HT-7托卡马克中的辐照性能研究

【作者】 刘洋； 朱大焕； 陈俊凌； 周张健； 鄢容；

【机构】 中国科学院等离子体物理研究所； 北京科技大学；

【摘要】 钨(W)具有较高的熔点、低的氚滞留、低的溅射腐蚀率、以及良好的抗等离子体冲刷能力,是目前最有前景的面向等离子体第一壁材料。但是,纯钨存在低温脆性、高温条件下的再结晶脆化以及中子辐照下的脆化等缺点;同时作为护甲材料的钨与作为热沉材料的铜合金之间存在热膨胀系数和杨氏模量的巨大失配,将导致连接界面的热应力集中和热疲劳失效。研究表明,TiC纳米弥散颗粒的加入可以有效改善钨的低温脆性和提高再结晶温度,同时,梯度过渡层可有效缓解连接界面的应力集中。本文采用通电超高压烧结的方法制备出了具有6层结构的W-TiC/Cu功能梯度材料。微观结构观察显示,TiC颗粒在钨基体中弥散分布均匀,对晶界可起到显著的强化效果;同时,梯度层中无明显铜的迁移,实现了钨合金向纯铜的成分过渡,有效缓解界面热失配。W-TiC/Cu功能梯度材料在HT-7托卡马克边界等离了体中经历360次短脉冲放电(每次约0.8秒)后的结果显示,纳米TiC的加入可以阻止微裂纹的扩展。然而,在过渡层的界面上没有发现微观裂纹,表明梯度层界面能够承受此类等离子体热冲击疲劳。但W-TjC/Cu功能梯度材料的抗等离子体辐照性能仍需在主动水冷情况下,检验其在长脉冲、高参数和准稳态等离子体环境下的稳定性与可靠性。更多还原