受控核聚变能因其低风险、高能效而成为目前最具发展潜力的可替代能源之一。面向等离子体材料的性能和服役寿命是核聚变堆安稳运行的基础保障。钨合金因其高熔点、高热导率、高溅射阀能、低蒸汽压和低的H/He滞留等性能,是最具发展潜力的候选面向等离子体材料。但纯钨的脆性大、韧脆转变温度高、再结晶温度低的缺点限制了其在核聚变堆中的应用。面向等离子体材料的服役环境恶劣,长期受到高热负荷、强粒子辐照的作用,性能退化严重。开展钨合金抗辐照性能研究、阐明辐照损伤机理,对于实现钨合金在核聚变堆中的应用具有重要意义。本论文选择共沸蒸馏法制粉、热压烧结制样结合旋锻热加工制备的纯钨及W-ZrO2合金为研究对象,利用3.0 Me V的碳离子在700℃下以0.1 dpa、0.5 dpa、1.0 dpa和2.0 dpa的辐照剂量对样品进行辐照。对样品中因辐照造成的微观结构变化、位错环和空洞缺陷的演化、表面形貌和表面硬度进行了深入研究。模拟碳离子辐照对钨及ZrO2的影响发现:入射离子能量高于0.5 Me V时,钨的阻止本领以电子阻止为主,且随能量增加而降低。入射离子的能量损失以电离损失为主,表现为形成大量电子空穴,减少了位错环和层错的演化,说明W具有良好的抗辐照性能;离子在合金中的峰值浓度随离子能量增加而增加。当入射离子能量一定时,离子在样品中的滞留位置集中在某一深度,随着辐照剂量增加,辐照损伤不断积累。对比两种材料发现,在相同辐照条件下,ZrO2晶粒的辐照损伤程度高于钨,因此ZrO2强化相的添加应控制含量和尺寸,避免因辐照使ZrO2对材料的整体抗辐照性能产生负面影响。700℃环境下,碳离子辐照使钨及W-ZrO2合金的微观结构发生改变,晶粒内产生大量辐照缺陷,包括点缺陷、空位、位错环、空洞等。随着辐照剂量增加,辐照损伤不断积累,位错环和空洞的数密度和直径逐渐增长。当辐照剂量从0.1dpa增长至2.0 dpa时,纯钨和W-ZrO2合金中的位错环直径分别从2.9 nm、2.6nm增长至4.5 nm、3.8 nm,位错环数密度分别从1.3×1023/m~3、1.2×1023/m~3增至1.8×1023/m~3、1.6×1023/m~3。同一辐照条件下,W-ZrO2合金的位错环和空洞的数密度和直径均小于纯钨。纯钨的位错环直径增量为1.6 nm,是W-ZrO2合金中的位错环直径增量的1.3倍。空洞的存在引起材料发生肿胀,W-ZrO2合金表现出优于纯钨的抗肿胀能力,肿胀率处于0.1%～0.15%之间,仅为纯钨肿胀率的61%。利用纳米压痕仪测量了辐照后样品的表面硬度,并利用比例试样阻力模型和Nix-Gao模型对数据进行处理,尽可能得到准确的表面辐照层硬度。结果表明:离子辐照后,纯钨和W-ZrO2合金表面出现明显的辐照硬化效应,辐照剂量增加使辐照硬化效应更加明显。不同辐照条件下,纯钨和W-ZrO2合金的辐照层硬度分别为6.6 GPa、7.4 GPa、8.5 GPa、9.3 GPa和6.4 GPa、7.0 GPa、7.8 GPa、8.5GPa。辐照后W的表层硬度是未辐照层基体硬度的1.3～1.7倍,W-ZrO2合金的辐照层硬度仅为未辐照层的1.1～1.4倍。对比发现,W-ZrO2合金的辐照硬化效应较弱。对比离子辐照后纯钨和W-ZrO2合金的微观组织和表面硬度发现,W-ZrO2合金的抗辐照性能较好。碳离子轰击合金原子,原子发生离位并产生级联碰撞,造成大量点缺陷。点缺陷聚集成簇,形成位错环、层错等缺陷。辐照缺陷的存在阻碍了位错运动使合金发生明显的硬化现象。ZrO2强化相的添加,细化了晶粒,提高了晶界密度,并提供了相界,增强了钨合金中界面对点缺陷的吸收湮灭,降低了位错环和空洞的数量,从而减弱了辐照硬化现象,提高了材料的抗辐照性能。由此可见增加界面对缺陷的沉降强度可以提高材料的抗辐照性能。