面向等離子體材料鎢涂層的設(shè)計、制備和評價.pdf

1、鎢具有金屬材料中最高的熔點，最低的蒸氣壓，良好的熱導(dǎo)率和高溫強度及尺寸穩(wěn)定性，不會與氚形成混合物或發(fā)生共沉積等優(yōu)點而被選為聚變堆中最有前景的一種面向等離子體材料(PFM)。CuCrZr合金具有很高的熱導(dǎo)率，易于加工和焊接從而被選作聚變堆中的熱沉材料，W與CuCrZr連接后組成的面向等離子體部件(PFC)承受著等離子體的沖擊并及時將熱量傳導(dǎo)出去。等離子噴涂涂層技術(shù)同時實現(xiàn)了面向等離子體材料的制備和PFM與熱沉材料的連接而受到研究者的重視。

2、由于鎢與熱沉材料CuCrZr之間的物理性質(zhì)相差較大，直接結(jié)合容易在界面處產(chǎn)生較大熱應(yīng)力而導(dǎo)致涂層的開裂進而使PFC失效。
　　 本文采用有限元方法對W/Cu梯度涂層的PFC在ITER相關(guān)工況的不同熱流密度和不同梯度層厚度情況下對W/CuPFC熱應(yīng)力分布及W的表面溫度分布的影響進行了研究。結(jié)果表明功能梯度涂層能有效的緩解涂層連接界面間產(chǎn)生的熱應(yīng)力；涂層的表面溫度隨梯度涂層的厚度增加而線性升高；隨熱流密度的增加涂層的最大等效應(yīng)力升高

3、；在大于800MW/m2的瞬態(tài)偏位熱流密度載荷下，涂層開始熔化。
　　 設(shè)計了以Mo/Cu-Mo/W為中間過渡層的涂層結(jié)構(gòu)。使用大氣等離子噴涂(APS)技術(shù)，分別以羰基鎢粉和結(jié)晶鎢粉為原料在110min×130mm的CuCrZr基體上成功地制備了總厚度～4mm的鎢涂層，涂層沒有發(fā)生開裂或剝落。證實了使用Mo作為中間過渡層在CuCrZr上制備厚W涂層的可行性。優(yōu)化工藝后涂層的孔隙率小于2％。結(jié)果表明使用球形度好的羰基W粉制備出來的

4、涂層整體性能優(yōu)于無規(guī)則的結(jié)晶W粉制備的涂層。斷口形貌顯示涂層呈脆性斷裂，使用EDS面掃描測得的涂層的平均氧含量較高(>6％)。在柱狀晶結(jié)構(gòu)的片層中沒有發(fā)現(xiàn)氧的存在，氧主要分布在涂層中的疏松的片層間結(jié)構(gòu)中。由于涂層的氧含量較高導(dǎo)致涂層的熱導(dǎo)率最高僅12.52W·m-1·K-1。
　　 在高強度脈沖離子束模擬的與ITER相關(guān)熱流載荷下對APS制備的W涂層進行了熱沖擊實驗。涂層在單次高能離子束沖擊下部分片層開始熔化，且裂紋增多。涂層出