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          聚變堆面向等離子體材料的研究動態

          來源:    作者:admin    發布時間:2014-01-24    

          面向等離子體材料是使聚變堆邊界等離子體與真空室內壁及其他內部器件脫離接觸,保證聚變堆正常運行的關鍵材料。對于穩定運行的聚變堆而言,部件壽命是一個重要指標,相對于低原子序數材料,高原子序數的面向等離子體材料可望達到較高的使用壽命。作為高原子序數的鎢,具有所有金屬中高的熔點,低的蒸汽壓,良好的熱導率和高溫強度以及尺寸穩定性,具有高的抗等離子體沖刷能力,因此被認為是有潛力的聚變堆裝置中的面向等離子體材料。


            但是,鎢由于其韌脆轉變溫度較高,中子輻照下易變脆,難以加工和焊接等問題而受到限制,加快研發能緩解脆化行為的鎢基材料是聚變能材料研究中的一項關鍵課題。


            近些年超細晶/納米晶金屬的研究發現,一方面,超細晶/納米晶材料展現出比一般多晶材料的韌性好延展性能;另一方面,納米材料表現出很好的抗輻照腫脹和抗輻照脆化性能,納米材料自機制的發現更為納米材料的抗輻照性能提供了理論依據,這就為解決上述聚變堆鎢基材料的問題提供了一條重要途徑。由此,如何通過適當的方法獲得超細晶/納米晶鎢,提升鎢的延展性能和抗輻照性能,提升鎢的脆化行為,拓展其使用條件范圍,成為聚變堆面向等離子體材料的一個重要的研究方向。


            目前,深度塑性變形和粉末冶金均已在制備超細晶/納米晶鎢方面開始了初步探索,特別是深度塑性變形的等通道角擠壓法,因能制備出致密度高、大尺度的塊體超細晶/納米晶鎢,極有可能在鎢基面向等離子體材料制備方面取得突破。


            初步研究成果表明,用等通道角擠壓法制取的鎢基材料具有高強度和高韌性的良好結合;室溫斷裂強度提高了2~3倍;不僅強度提高,其延展性能也顯著增強;韌脆轉變溫度降低了一百多度,顯示了等通道角擠壓法在聚變材料的開發中的廣闊應用前景。


            超細晶/納米晶材料具有高度非平衡的微觀結構,這種結構能否具有熱穩定性對應用于高溫下的面向等離子體材料來說相當重要。研究表明,適當地控制摻雜可以提高深度塑性變形鎢的熱穩定性。例如,摻雜Re的W-Re,在835℃進行約1h保溫處理后,晶粒尺寸基本維持不變,說明W-Re合金具有明顯優于純鎢的熱穩定性。


            另外,深度塑性變形材料中產生了大量的剪切變形,這種大量的剪切變形是否會成為加速材料再結晶的驅動力,從而使再結晶溫度降低,也是一個涉及其熱穩定性的問題。研究表明,用等通道角擠壓法獲得的鎢,其再結晶溫度與等通道角擠壓時的總塑性變形量(工序道數)及熱處理溫度均無關,保持在約1400℃。這說明,鎢的再結晶溫度并不隨等通道角擠壓過程中剪切變形量的增加而降低。

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