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 W-Cu復合材料,其較好地解決了W、Cu因熔點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注。本文采用粉末冶金技術制備高性能 W-25Cu/W-50Cu/W-75Cu三層功能梯度材料,并研究了其組織和性能。
　　本文首先采用機械合金化法制備 W-25Cu、W-50Cu、W

2、-75Cu三種不同成分的復合粉體,借助 XRD、SEM等分析手段對不同球磨時間的W-25Cu復合粉體進行了研究。結果顯示,在球磨過程中,Cu部分固溶進 W晶格,形成 W(Cu)不飽和固溶體。隨著球磨時間的增加, W-25Cu復合粉體形貌不斷變化,球磨30h后 W-25Cu復合粉體均勻性較為理想,因此我們選取的球磨時間為30h。
　　本文探索性地采用放電等離子燒結法制備 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三種復合粉體分層疊壓,然后分別于960℃、990℃、1020℃、1050℃進行燒結,借助 XRD、SEM、EDX等分析手段研究了不同燒結工藝對材料組織、結構以及機械和物理性能的影響。結果表明,1050℃制備的試樣具有較好的微觀結構以及良好的性能。該溫度下,材料形成了較為理想的Cu包 W網(wǎng)格狀結構,同時原始設計的梯度結構也得到了最大限度的保留。1050℃制備的試樣相對密度達到96.5

4、3％,維氏硬度和表觀抗彎強度達到最大,該試樣的常溫熱導率為140 W/m·K,800℃下的熱導率達到151 W/m·K,體現(xiàn)了良好的高溫導熱能力?？篃嵴饘嶒灡砻?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。為對比起見,本文還使用傳統(tǒng)的熱壓燒結法制備了相同成分的W-Cu功能梯度材料。結果表明,制備的試樣中 Cu網(wǎng)格狀結構依舊存在,但是連續(xù)性相對較差,梯度結構雖然存在,但是和原始設計的成分存在