高稳定性钨基纳米复合材料的制备和性能表征及其抗辐照机理研究

钨基材料由于具有高熔点、高溅射阈值、低氚滞留、低热膨胀系数等优点，成为国际热核聚变堆最有希望的候选壁材料。然而纯钨存在室温脆性、再结晶脆化以及辐照脆化等缺点。研究表明，纳米材料由于具有大量晶界，可以吸收辐照产生的点缺陷，从而被认为具有更好的抗辐照性能，同时改善其脆性。. 本项目采用新型烧结技术如放电等离子烧结、微波烧结等快速烧结技术，有效解决了钨样品在高温烧结过程中的晶粒粗化问题。得到了制备高致密（97%以上）、细晶粒（亚微米至微米尺寸）钨材料的成熟工艺，在致密度和晶粒尺寸两个方面优于国内外同行。. 通过少量纳米尺寸氧化物颗粒的添加，抑制了钨晶粒的长大，有效提高了钨材料的高温稳定性、再结晶温度和高温强度。所制备的W-1% Y2O3的室温硬度为6.91 GPa，比纯W提高35%以上，而平均晶粒尺寸为700纳米，也仅为纯钨的1/4。热导率达到130 W/m K。. 针对钨材料的薄弱环节—晶界，我们通过微量活性元素Zr的添加对钨中杂质元素的调控作用以及对钨晶界的强化作用。采用放电等离子烧结法制备了不同组分的W-Zr合金，相对致密度达97%。所制备的W-0.2wt%Zr的断口存在部分穿晶断裂，说明钨晶界得到加强。其拉伸强度和延伸率都比纯W材料提高35%以上。. 为了降低钨基材料的晶粒尺寸，利用W-Cu的互不相容性，采用溶胶凝胶方法和氢气还原，制得均匀分布的纳米W-Cu复合粉体。烧结得到致密度为97%的晶粒尺寸为600纳米的W-15%Cu包覆材料，热导率达到187 W/(m﹒K)。. 利用W-Cr的互不相容性，通过控制W-Cr合金的调幅分解，实现了纳米结构W-Cr合金的制备。所制备的W-5%Cr材料致密度达99%。在细晶粒（平均粒径为3.4μm）的W-Cr合金内部，调幅分解后，得到尺寸约为40nm的富W亚晶粒结构，其韦氏硬度高达780 Hv。W-Cr调幅分解相关的工作提供了制备纳米结构钨基材料的新思路。. 通过严重塑性变形法将块体试样的晶粒细化最低至亚微米程度。采用我们制作的ECAP模具，对纯钨进行挤压处理，使钨的晶粒尺寸由最初的约7微米细化至约0.9微米。超细晶钨在强度与韧性（室温）都得到明显的提高。这对于高性能钨基材料的生产具有十分重要的意义。