钨基材料结构纳米化

在聚变堆服役期间， PFM会受到各种粒子的 辐照损伤， 因此，研发抗辐照性能优良的W基PFM 显得尤为必要。纳米材料已经被证实在某些情形 下具有优良的抗辐照性能，辐照后表现出很低的 肿胀率， 保留相当的延展性。Bai等通过分子动力 学模拟的方法发现，在纳米材料中广泛存在的晶 粒边界能够俘获间隙原子，然后把它们发射回晶 格中“湮灭”空位，从而达到“自我修复”的效 果。因此，研发纳米级W基PFM成为近年来广受 关注的热点方向。Kurishita 等 制备了晶粒尺寸 为900 nm的W-0.3%TiC 合金，并与纯W（ 20 μm） 做了中子辐照损伤的对比 。2种材料都在563 K 时受到通量为9× 1023 n/m 2 的中子辐照。辐照后的 测试表明，与纯W相比，超细晶粒的W-0.3%TiC 因中子辐照而导致的微观结构变化和辐照硬化要 小得多，这说明晶粒细化可提高材料抗辐照性能。 改进工艺后制备出晶粒更细的W-TiC 合金 （50~200 nm），并进行了中子辐照和氦离子辐照 实验。实验结果再次验证纳米材料能显著提高抗 辐照性能， 并且晶粒越细， 效果越好。对能量为3 MeV 的氦离子来说， 超细晶粒的W-0.3%TiC （ 190 nm）出现表面剥落和裂纹的临界通量是纯W和掺 钾钨合金的10倍以上。另外， W的纳米化在力学、 热学性能的改善方面的实验结果同样令人欣喜。 葛昌纯等 用等离子体喷涂法制备的晶粒尺寸小 于1 μm的W涂层，热流冲击试验结果表明这类W 涂层比一般W涂层具有更高的抗热冲击性能。用 超高压电阻烧结制出的超细晶粒尺寸块体进行的 力学试验显示，随着W晶粒尺寸的减小，其微观 硬度和抗弯强度得到显著提高。