面向第一壁的W-Cu功能梯度材料的制備與性能表征.pdf

1、W-Cu功能梯度材料不同于傳統(tǒng)的均質(zhì) W-Cu復(fù)合材料,其較好地解決了W、Cu因熔點(diǎn)相差較大而存在的連接問題,并且有效地緩和了W、Cu因性能不匹配而產(chǎn)生的熱應(yīng)力。正是基于此,近年來,W-Cu功能梯度材料作為理想的面向等離子體第一壁材料引起了人們的廣泛關(guān)注。本文采用粉末冶金技術(shù)制備高性能 W-25Cu/W-50Cu/W-75Cu三層功能梯度材料,并研究了其組織和性能。
　　本文首先采用機(jī)械合金化法制備 W-25Cu、W-50Cu、W

2、-75Cu三種不同成分的復(fù)合粉體,借助 XRD、SEM等分析手段對(duì)不同球磨時(shí)間的W-25Cu復(fù)合粉體進(jìn)行了研究。結(jié)果顯示,在球磨過程中,Cu部分固溶進(jìn) W晶格,形成 W(Cu)不飽和固溶體。隨著球磨時(shí)間的增加, W-25Cu復(fù)合粉體形貌不斷變化,球磨30h后 W-25Cu復(fù)合粉體均勻性較為理想,因此我們選取的球磨時(shí)間為30h。
　　本文探索性地采用放電等離子燒結(jié)法制備 W-25Cu/W-50Cu/W-75Cu三層功能梯度材料。首先

3、將球磨30h后的W-25Cu、W-50Cu、W-75Cu三種復(fù)合粉體分層疊壓,然后分別于960℃、990℃、1020℃、1050℃進(jìn)行燒結(jié),借助 XRD、SEM、EDX等分析手段研究了不同燒結(jié)工藝對(duì)材料組織、結(jié)構(gòu)以及機(jī)械和物理性能的影響。結(jié)果表明,1050℃制備的試樣具有較好的微觀結(jié)構(gòu)以及良好的性能。該溫度下,材料形成了較為理想的Cu包 W網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu),同時(shí)原始設(shè)計(jì)的梯度結(jié)構(gòu)也得到了最大限度的保留。1050℃制備的試樣相對(duì)密度達(dá)到96.5

4、3％,維氏硬度和表觀抗彎強(qiáng)度達(dá)到最大,該試樣的常溫?zé)釋?dǎo)率為140 W/m·K,800℃下的熱導(dǎo)率達(dá)到151 W/m·K,體現(xiàn)了良好的高溫導(dǎo)熱能力?？篃嵴饘?shí)驗(yàn)表明,在800℃溫差下,1050℃制備的試樣界面處沒有裂紋和開裂現(xiàn)象的產(chǎn)生,體現(xiàn)了良好的抗熱震性。為對(duì)比起見,本文還使用傳統(tǒng)的熱壓燒結(jié)法制備了相同成分的W-Cu功能梯度材料。結(jié)果表明,制備的試樣中 Cu網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)依舊存在,但是連續(xù)性相對(duì)較差,梯度結(jié)構(gòu)雖然存在,但是和原始設(shè)計(jì)的成分存在