面對等離子體W-TiC復(fù)合材料的制備與性能研究.pdf

1、W以及W基材料具有高熔點、高熱導(dǎo)率、低濺射產(chǎn)額和高自濺射閥值、以及低蒸氣壓和低的氚滯留性能，成為核聚變反應(yīng)堆最具有前途的面對等離子體第一壁材料。然而，目前所研究制備的W基材料并不能完全滿足聚變裝置要求，需要進(jìn)一步提高其性能。本論文開展了以下研究工作：采用高能球磨結(jié)合熱壓燒結(jié)的方法制備了具有超細(xì)晶結(jié)構(gòu)的W-10％(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)TiC復(fù)合材料，研究了高能球磨的過程參數(shù)、燒結(jié)工藝對復(fù)合材料性能的影響，并對球磨后粉體的燒結(jié)致密化機(jī)理進(jìn)行了討

2、論；采用球磨結(jié)合熱壓燒結(jié)的方法制備了納米，TiC顆粒彌散強(qiáng)化超細(xì)晶w基復(fù)合材料，研究了納米TiC含量對復(fù)合材料性能的影響，并探討了納米顆粒的增強(qiáng)機(jī)理；分析了W-10％TIC、W-0.5％TiC及W-1％Tic復(fù)合材料的熱負(fù)荷性能。 本文主要得到以下結(jié)果： (1)球磨參數(shù)對所制備的W-10％TiC復(fù)合粉體的影響顯著，通過實驗得出制備w-10％TiC納米復(fù)合粉體的最佳球磨參數(shù)：球料比為10： 1；液體介質(zhì)比為2：1；球磨時間

3、為40h和球磨轉(zhuǎn)速為：400r/min；在此參數(shù)下所制備粉體的粒徑均勻，平均粒徑為180nm，顆粒形狀近似球形，每個顆粒為多晶結(jié)構(gòu)；通過對球磨時間的研究得到W-10％Tic納米復(fù)合粉體的球磨制備過程可以分為三個階段；燒結(jié)溫度、燒結(jié)壓力、燒結(jié)時間均對復(fù)合材料的致密度和力學(xué)性能有較大影響，對最佳球磨參數(shù)下制備的納米復(fù)合粉體而言，較合適的燒結(jié)工藝為：1700℃，30MPa壓力下燒結(jié)60min，在此工藝條件下制備的復(fù)合材料為細(xì)晶結(jié)構(gòu)，平均晶粒尺

4、寸為0.81μm，其致密度達(dá)到98.4％，抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性分別達(dá)到：681MPa、6.24MPa·m<'1/2>；熱壓以及高能球磨產(chǎn)生的機(jī)械活化和少量(Fe，Ni)雜質(zhì)的活化燒結(jié)是復(fù)合材料低溫?zé)Y(jié)達(dá)到高致密度的原因。 (2)采用球磨結(jié)合熱壓燒結(jié)的方法成功制備了具有較高致密度的納米Tic顆粒彌散增強(qiáng)超細(xì)晶W基復(fù)合材料；在納米TiC的含量較小時，納米顆粒均勻的分布在W基體中，燒結(jié)后TiC尺寸約100nm；納米Tic的加入提高了復(fù)

5、合材料的力學(xué)性能，其最佳含量為1％，w-1％TiC復(fù)合材料的致密度、維氏顯微硬度、彈性模量、抗彎強(qiáng)度分別為98.4％、4.33GPa、396GPa、1065MPa；納米顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料機(jī)理主要是細(xì)晶強(qiáng)化和晶界強(qiáng)化。 (3)W-10％TIC在熱流密度為4MW/m<'2>熱負(fù)荷試驗后，表面燒蝕嚴(yán)重，晶粒長大，呈球狀，強(qiáng)度明顯下降，而W-0.5％TiC及W-1％TiC在相同的熱負(fù)荷條件下，表面輕微燒蝕；W-0.5％TiC及W-1％Ti