氧化物與碳化物增強(qiáng)鎢基復(fù)合材料的制備及性能研究.pdf

1、鎢因?yàn)榫哂懈呷埸c(diǎn)、熱導(dǎo)性好、高溫強(qiáng)度下能保持較高的強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)，成為最具發(fā)展前景的面向等離子體第一壁候選材料。但鎢存在低溫脆性、再結(jié)晶脆性、輻照脆化和輻照損傷等問題，通過向鎢中添加第二相粒子，如Y2O3和TiC可以增強(qiáng)鎢基材料高溫和室溫力學(xué)性能和抗輻照性能。本文首先選擇濕化學(xué)法結(jié)合SPS制備了W-4vol％Y2O3復(fù)合材料，探究了粉末的最佳還原工藝，并研究了W-4vol％Y2O3塊體材料的燒結(jié)性能及抗熱沖擊、氦輻照性能。然后采用濕化學(xué)法制

2、備了W-(4/8/12)vol％ TiC-4vol％ Y2O3系復(fù)合材料，探究了TiC含量對W-TiC-Y2O3復(fù)合材料顯微組織和性能影響。最后，提出熱機(jī)械法制備鎢基復(fù)合材料新工藝，并將熱機(jī)械法制備的W-12vol％TiC-4vol％Y2O3復(fù)合材料與濕化學(xué)法進(jìn)行抗熱沖擊和氘滯留性能對比。主要研究結(jié)果如下:
　　(1)采用濕化學(xué)法制備W-4vol％Y2O3復(fù)合材料時(shí)，當(dāng)還原溫度為800℃、時(shí)間為1h時(shí)，前驅(qū)體粉末最佳的還原氫氣流速

3、為600ml/min，其粒度最小，約200nm左右，且均勻性最好。
　　(2)制備的W-4vol％Y2O3復(fù)合材料進(jìn)行不同能量熱沖擊試驗(yàn)，隨著激光束熱通量增加，材料表面的鎢及Y2O3被熔化，材料內(nèi)部發(fā)生再結(jié)晶并產(chǎn)生裂紋。氦輻照后，基體表面生成納米級絮狀絨毛，Y2O3表面僅粗糙化，表現(xiàn)出更好的抗輻照性。
　　(3)采用濕化學(xué)法在添加Y2O3基礎(chǔ)上，向鎢中添加TiC，發(fā)現(xiàn)隨著TiC含量的增加，W-TiC-Y2O3材料的致密度和硬

4、度增加，晶粒逐漸細(xì)化，其中W-12vol％TiC-4vol％Y2O3復(fù)合材料晶粒最小，約5μm，且其第二相既分布在晶界，也分布在晶內(nèi)。
　　(4)采用熱機(jī)械法制備的W-12vol％TiC-4vol％Y2O3復(fù)合材料與濕化學(xué)法相比，致密度和硬度較高，晶粒更細(xì)小，材料強(qiáng)度更高。分析微觀成分，材料內(nèi)部生成氧化物Y2(Ti2O7)和固溶體(W,Ti)C1-x。分析兩種工藝制備的復(fù)合材料激光熱沖擊后的形貌以及輻照后的氘滯留數(shù)據(jù)，結(jié)果表明熱機(jī)