面向等離子體Ti、TiN摻雜鎢基復(fù)合材料制備及其性能研究.pdf

1、鎢及其合金因其高熔點(diǎn)，良好的導(dǎo)熱性能，低濺射率等優(yōu)點(diǎn)被作為ITER中最具潛力的面向等離子體第一壁候選材料。但鎢及其合金存在低溫脆性、重結(jié)晶脆性及輻照脆性等問(wèn)題，使其在實(shí)際應(yīng)用中受到限制。向鎢合金中添加第二相或合金元素是一種提高鎢合金綜合性能的手段之一。本文采用向鎢合金中添加納米氮化鈦(TiN)顆粒和氫化鈦(TiH2)，通過(guò)機(jī)械球磨和放電等離子燒結(jié)方法制備了W-Ti-TiN復(fù)合材料，研究了TiN添加量、機(jī)械球磨工藝和Ti添加量對(duì)W-Ti-

2、TiN復(fù)合材料組織結(jié)構(gòu)和性能影響;同時(shí)，對(duì)W-Ti-TiN復(fù)合材料抗He+輻照性能進(jìn)行研究。主要研究結(jié)果如下:
　　(1)采用機(jī)械合金化和放電等離子燒結(jié)制備了W-(0.5，1，2，4)wt.％ TiN復(fù)合材料，TiN顆粒均勻分散在W基體中，對(duì)W基體產(chǎn)生彌散強(qiáng)化效果。隨著TiN含量增加，晶粒被明顯細(xì)化，出現(xiàn)穿晶斷裂特征以及顯微硬度不斷增加。W-2wt.％ TiN復(fù)合材料具有最高致密度(98.73％)和抗拉強(qiáng)度(180MPa)。

3、>　　(2)隨著球磨時(shí)間的不斷增加，所制備的W-15wt.％Ti復(fù)合粉末重復(fù)著冷焊、斷裂、重焊過(guò)程，粉末的晶粒尺寸被細(xì)化至納米級(jí)別，在80小時(shí)球磨后檢測(cè)到非晶相存在;同時(shí)，TiH1.9分解并形成W-Ti固溶體。在燒結(jié)之后，隨著球磨時(shí)間增加，第二相分布更加均勻，并在球磨80小時(shí)的樣品中觀察到W和Ti相的中間區(qū)域存在過(guò)渡區(qū)，其對(duì)應(yīng)于β(Ti，W)相。顯微硬度和導(dǎo)熱率隨著球磨時(shí)間延長(zhǎng)而增加，80小時(shí)球磨粉末制備的復(fù)合材料具有最好性能。

4、　　(3)通過(guò)在W-TiN復(fù)合材料中添加不同含量的Ti元素，復(fù)合材料致密度和顯微硬度顯著提高，晶粒尺寸明顯細(xì)化至0.51μm。Ti含量為4wt.％時(shí)，復(fù)合材料性能最佳。在燒結(jié)期間，N可能擴(kuò)散到其它Ti晶格中，從而形成Ti/TiN固溶體。此外，Ti添加改善了復(fù)合材料抗He+輻射性能。沒(méi)有添加Ti復(fù)合材料，輻照后TiN剝離，在晶界處留下孔洞且引起濺射腐蝕。當(dāng)Ti含量為8wt.％時(shí)，沒(méi)有觀察第二相剝離，僅在W晶粒和富Ti相中都觀察到少量密度氣