【摘 要】
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金属钨（W）材料具有高熔点、低溅射产额及较好的导热性能,被视为较理想的聚变堆用面向等离子体第一壁材料。但多晶W的脆性使其应用受限,需进行增韧补强。相比于氧化物、碳化物等第二相颗粒增强W基复合材料,W纤维增强W（Wf/W）基复合材料不仅可以充分保留W材料性能的优点,而且能够明显提高其断裂韧性,降低脆性。同时,采用无预处理的Wf作为增强相,简化Wf/W基复合材料制备工艺,降低成本,应用前景较好。本文以
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金属钨（W）材料具有高熔点、低溅射产额及较好的导热性能,被视为较理想的聚变堆用面向等离子体第一壁材料。但多晶W的脆性使其应用受限,需进行增韧补强。相比于氧化物、碳化物等第二相颗粒增强W基复合材料,W纤维增强W（Wf/W）基复合材料不仅可以充分保留W材料性能的优点,而且能够明显提高其断裂韧性,降低脆性。同时,采用无预处理的Wf作为增强相,简化Wf/W基复合材料制备工艺,降低成本,应用前景较好。本文以不同粒径W粉和不同直径Wf为原材料,1550℃×1.5 h热压烧结制备不同Wf含量的Wf/W基复合材料,开展显微结构与性能研究,优化选配原材料。热压烧结制备的20Wf/W基复合材料具有室温假塑性,复合材料断裂时,Wf发生界面脱粘与拔出,使复合材料的损伤容忍性得到提高。但总体而言,该工艺方案下制备的Wf/W基复合材料致密度较低,Wf强韧化效果不佳。采用添加微量的Ni,实现W基体的微合金化,实现Wf/（W-Ni）基复合材料低温热压烧结致密化。当Ni添加量为0.27 wt%时,随烧结温度升高（<1400℃）,Wf/（W-Ni）基复合材料的致密度、抗弯强度及断裂韧性均单调增大;烧结温度高于1400℃时,复合材料中的W晶粒粗化严重,抗弯强度和断裂韧性降低。1400℃热压烧结制备10Wf/（W-0.27Ni）基复合材料致密度高达96%,抗弯强度和断裂韧性分别为274 MPa及4.97 MPa·m1/2。随着Ni添加量降低,1400℃热压烧结Wf/（W-Ni）基复合材料的致密度单调下降,但W晶粒细化,复合材料强度反而提高。相对于添加0.27、0.1 wt%Ni的复合材料,添加0.05 wt%Ni的10Wf/（W-0.05Ni）基复合材料致密度91.6%,Wf/W基体界面均匀分布着微孔,Wf界面脱粘、拔出效应增强,复合材料的强度高达305 MPa,断裂韧性提高到5.5 MPa·m1/2。随着Wf含量增加,Wf/（W-0.05Ni）基复合材料的致密度及热导率略微减小。20Wf/（W-0.05Ni）基复合材料致密度高,组织均匀性良好,沿Wf/W基体界面均匀分布微孔,界面结合强度适中。该复合材料具有最佳的综合性能,其抗弯强度、断裂韧性和热导率分别为353 MPa、6.2 MPa·m1/2及120.2 W/（m·K）。
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