多组元复合掺杂钨基材料

尽管单质元素及化合物掺杂的W基材料取得 了很多积极的进展，但研究结果还不尽如人意。 为此，研究人员试图通过同时掺杂2种或多种物 质，将两者掺杂的优点结合起来，进一步优化W 的性能。目前已经报道的有W-V-La 2O3 、 W-Ti-Y 2O3、W-Si-Cr 、W-Si-Y 和W-Si-Zr 等体系。 同时添加能降低烧 结温度并提高致密度的烧结激活剂和形成氧化物 弥散强化并抑制晶粒长大的难熔氧化物可能会改 善W的力学性能。鉴于有报道称使用一个Ti 中间 层具有解决W/W-La 2O3 连接问题的可行性 ， Monge 认为W/W-Ti 的组合与W/W-La 2O3体系相 比能更加简单有效的实现连接，氧化物弥散强化 W-Ti 是很有希望用于托卡马克装置偏滤器器件 的材料。研究人员使用Ti 作为烧结激活剂， Y2O3 颗粒作为强化弥散相， 制备出W-Ti-Y 2O3合金，并 将纯W、W-0.5%Y 2O3及W-4%Ti 进行微观组织的 对比。结果表明，用热等静压方法来烧结W存在 开放的孔洞，很难获得较好的致密度，但是掺杂 0.5%Y 2O3并在1973 K 下烧结后，因复杂的(W,Y) 氧化物填充了这些孔洞，从而使得孔洞率很低。 另外，不管掺Y2O3与否，添加2%或4%的Ti 到W 基体都可得到完全致密的材料。Aguirre 等 [28] 也指 出， Ti 的添加不仅能提高W的致密度、抑制W的 晶粒长大，还能减小W在Y 2O3颗粒中的扩散，并 且Y 2O3还能强化Ti 在W中的扩散。但是，由于在 W基体中的Y2O3颗粒在大约1600℃以上时开始不 稳定，变成含有复杂成分（W-Y 和W-Y-Ti 氧化物） 的粗糙颗粒，而这又会使W的力学性能恶化， 以V 代替Ti 作为烧结激活剂， 难熔 氧化物选择La 2O3，制备W-V-La 2O3合金。同时添 加V 和La2O3能促进V 在W 基体的溶解和La2O3在 W晶粒间的弥散。纳米压入测试表明， V 的添加 可提高材料的纳米硬度，而添加La2O3则使之降 低。W-Si 自钝化合金已经被证实能提高W的抗烧 蚀性能， 添加第3种组元使得W的抗烧蚀性能得到 进一步提高。对比研究W-Si-Cr 、W-Si-Y 、W-Si-Zr三种合金，发现它们的性能均优于W-Si 合金。