首页> 中文学位 >碳化物/氧化物弥散强化钨基合金的制备及性能研究
【6h】

碳化物/氧化物弥散强化钨基合金的制备及性能研究

代理获取

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 面向等离子体第一壁材料(PFMs)

1.2.1 受控核聚变反应

1.2.2 聚变等离子体与PFMs的相互作用

1.2.3 面向等离子体第一壁材料

1.3 钨基第一壁材料的研究现状

1.3.1 钨基材料面临的问题

1.3.2 高性能钨基材料的研究进展

1.3.3 碳化物(CDS)/氧化物(ODS)弥散强化钨合金

1.4 钨基材料的制备方法

1.4.1 钨合金粉体的制备

1.4.2 钨合金块材的制备

1.4.3 机械加工处理钨合金块材

1.5 本课题的研究背景及内容

第二章 放电等离子烧结制备W-ZrC及W-Zr-Y2O3合金

2.1 本部分内容的研究背景

2.2 材料和实验方法

2.2.1 实验原料

2.2.2 样品制备

2.2.3 表征方法

2.3 实验结果分析与讨论

2.3.1 放电等离子烧结制备的W-Zr、W-ZrC和W-Zr-ZrC合金

2.3.2 放电等离子烧结制备的W-0.2wt.%Zr和W-0.2wt.%Zr-1.0wt.%Y2O3合金

2.4 本章小结

第三章 旋锻法制备W-YzO3、W-Zr-Y2O3、W-ZrC合金

3.1 本部分内容的研究背景

3.2 材料和实验方法

3.2.1 实验原料

3.2.2 样品制备

3.2.3 表征方法

3.3 实验结果分析与讨论

3.3.1 旋锻法制备的W-1.0wt.%Y2O3(S-WY)合金

3.3.2 旋锻法制备的W-0.2wt.%Zr-1.0wt.%Y2O3(S-WZY)合金

3.3.3 旋锻法制备的W-0.5wt.%ZrC(S-WZC)合金

3.4 本章小结

第四章 轧制法制备W-YzO3、W-Zr-Y2O3、W-ZrC合金

4.1 本部分内容的研究背景

4.2 材料和实验方法

4.2.1 实验原料

4.2.2 样品制备

4.2.3 表征方法

4.3 实验结果分析与讨论

4.3.1 轧制W-1.0wt.%Y2O3和W-0.2wt.%Zr-1.0wt.%Y2O3合金

4.3.2 轧制W-0.5wt.%ZrC(R-WZC)合金

4.4 本章小结

第五章 轧制W-ZrC合金面向聚变应用的性能测试

5.1 本部分内容的研究背景

5.2 材料和实验方法

5.2.2 R-WZC抗离子刻蚀实验

5.2.3 R-WZC的热稳定性评估实验

5.3 实验结果分析与讨论

5.3.1 R-WZC合金抗热冲击性能

5.3.2 R-WZC合金抗等离子刻蚀能力

5.3.3 R-WZC合金的热稳定性

5.4 本章小结

第六章 全文总结与展望

6.1 全文总结

6.2 展望

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果

展开▼

摘要

聚变堆第一壁材料面临高热场、热应力场及强辐照场等严苛的服役环境,其综合服役性能的优劣关系到聚变装置能否安全运行。钨及钨基材料具有高熔点、高的溅射阈值和高热导率等优点,而被认为是最有希望的面向等离子体第一壁材料。但是长期限制钨材料应用的主要问题在于:钨存在低温脆性(DBTT~400℃)、再结晶脆化以及辐照脆化、高温强度差等不足。为此,本文采用粉末冶金方法,结合了晶界净化与强化、纳米第二相氧化物/碳化物弥散强化和微合金化的基本原理,来制备高强/韧钨合金。并发展了一条系统、创新的制备路径:从“由下而上”的小试样制备到“由上而下”发展可工程化应用的大块W合金。
  “由下而上”的制备工艺具有高效的特点,例如放电等离子烧结技术(SPS)由于升温速率快、烧结时间短,能在相对低温、短时间制备高致密的细晶钨材料,适合组分优化和强韧化机理研究。我们利用SPS优化、制备了W-0.2wt.%Zr-1.0wt.%Y2O3(WZY)和W-0.5wt.%ZrC(WZC)合金。发现,纳米尺寸的Y2O3或ZrC颗粒能钉扎晶界抑制钨晶粒长大;微量Zr或ZrC的添加,能吸收钨中杂质O元素,生成ZrOx或Zr-C-O,从而减小杂质O的偏聚,净化和强化晶界,最终改善钨材料的强度和韧性。
  基于组分优化和钨合金强韧化机理,继而发展“由上而下”制备工艺,实现了可工程化应用大块W合金的制备。“由上而下”工艺是将传统烧结法制备的大块WZY和WZC合金坯料进行高温塑性变形,如高温旋锻、轧制,实现动态再结晶调控,达到进一步致密化和细晶化的目的。
  轧制6.5 mm厚W-0.2wt.%Zr-1.0wt.%Y2O3(R-WZY)合金板材具有良好的拉伸性能:韧脆转变温度(DBTT)为150℃;在150℃时展现出拉伸塑性,最大拉伸强度和延伸率分别为911 MPa和3.2%;并且当温度低于500℃时,其拉伸强度始终大于580 MPa。R-WZY良好的拉伸性能来源于特殊的微结构特征:细小的等轴亚晶、拉长的母晶和均匀弥散的纳米氧化物颗粒。
  轧制8.5 mm厚W-0.5wt.%ZrC(R-WZC)合金板材兼顾了力学性能、抗热冲击性能和抗等离子辐照能力。其DBTT为100℃,室温抗弯强度为2.5 GPa;室温拉伸强度~991 MPa,延伸率~1.1%;500℃拉伸强度~582 MPa,延伸率高达~41%。R-WZC能承受单次4.4 MJ/m2(室温)瞬态热负荷冲击或100次(1MJ/m2/次,200℃)热疲劳冲击而不产生任何裂纹。R-WZC抗等离子体He+1(100 eV)刻蚀能力明显优于其他合金材料。其优异的综合性能来自界面的协同作用:稳定的小角晶界(细小的等轴亚晶)实现细晶强化,纳米ZrC与W之间的共格相界起到显著强化相界和晶界的作用,ZrC吸收杂质O元素净化和强化钨晶界。
  本文发展的钨合金制备路线和多尺度微结构设计思想将为面向等离子体第一壁高性能钨基材料的发展提供有益指导。

著录项

相似文献

  • 中文文献
  • 外文文献
  • 专利
代理获取

客服邮箱:kefu@zhangqiaokeyan.com

京公网安备:11010802029741号 ICP备案号:京ICP备15016152号-6 六维联合信息科技 (北京) 有限公司©版权所有
  • 客服微信

  • 服务号