化合物掺杂钨基材料

应用于W 基材料的化合物主要是碳化物 （ TiC 、ZrC ）和氧化物（ La2O3、Y 2O3）等硬质材料。主要机理是通过在W基体中均匀分布难熔 硬质颗粒形成弥散强化相，这既可显著提高合金 强度和硬度，又可使塑性和韧性下降不大。 由于TiC 具有高熔点、低密度以及与W相似的 热膨胀系数， W-TiC 越来越受到人们的关注。 Kitsunai 等用机械合金化法结合热等静压法制 备出了W-0.2%TiC 和W-0.5%TiC 复合材料。研究 结果表明，合金的冲击韧性对材料的致密度很敏 感；冲击韧性随着致密度的增加而得到极大的改 善。W-0.2%TiC 合金致密度达到99.5%，其 DBTT 得到较大程度的降低，再结晶温度也得到明显提 高；增加TiC 的量到0.5%，使合金的再结晶温度 继续升高，对晶粒长大的抑制作用增强。种法力 等的研究结果表明， TiC粒子能有效强化晶界， 提高合金材料的力学性能。在低于合金再结晶温 度时， W-TiC 表现出优异的热负荷承受能力，然 而该合金材料在再结晶温度以上使用时，较高的 晶粒应变能导致其热负荷性能增强效果不明显。 ZrC 的熔点为3510℃，比W的熔点（ 3410 ℃）和TiC 的熔点（ 3067℃）还高，同时ZrC也比 TiC 有更好的高温强度。由ZrC-W 复合材料抗弯强 度的测试结果可知： 抗弯强度随温度升高而上升， 在1000℃时达到最高值829 MPa ，比室温抗弯强 度（705 MPa）还上升17%。他们认为ZrC-W 复合 材料在高温下呈“微裂纹萌生→ 裂纹连接长大→ 裂纹快速扩展→ 材料断裂”这一断裂过程，塑性 基体降低了裂纹扩展速度并使裂纹路径曲折，微 观上ZrC 为脆性断裂， W有韧性断裂迹象。随温度 上升， W基体发生脆塑转变， W基体的塑性变形 使基体的位错强化和颗粒的载荷传递作用得以充 分发挥。此外，在W-ZrC 界面上产生了(Zr,W)C 固 溶体，提高了界面的强度，因此在外力作用下， 将在W晶粒中产生穿晶断裂，这使得W晶粒高的 晶内强度得以发挥。W-La 2O3是近20年来一直极 受看好的W基PFM。人们很早就知道， 添加La2O3 到金属W中可以改善其常温和高温下的晶界强 度，从而显著提高其抗热冲击和抗蠕变性能，并 且还可提高其机械加工性和抗拉强度。但是把W-1%La 2O3制成的护甲放到准稳态 等离子体加速器（ QSPA）装置中暴露在100次的 边缘局域模（ ELM ）瞬态事故然后观察其变化， 发现W-La 2O3护甲在模拟瞬态事故中的表现比纯W要差。同样是氧化物弥散强化（ ODS），添加 Y2O3使W提高抗蠕变强度，通过粉末冶金和热等 静压制备出来的W-Y 2O3合金在400℃时获得一定 的延展性，并且在较高温度下显示出比纯W更加 优良的力学性能和抗氧化性 [26] 。