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氧化物弥散强化钢(ODS)被公认为是最有希望成为聚变堆第一壁/包层结构的候选材料之一,但是中等析出相密度的氧化物弥散强化钢在低温(～300°C)辐照后,存在辐照硬化及韧脆转变温度升高等问题。而纳米晶(NC)材料中存在大量的晶粒边界可以促进空位与间隙原子的复合,减少点缺陷的聚集提高材料的抗辐照性能。同时纳米晶材料优异的力学性能还能够提高材料的设计应力。值得注意的是,纳米晶体材料通常达到较低温度T=0.3T_m以上时容易发生晶粒长大现象。因此,本课题的研究方向是制备一种拥有高强度、高热稳定性的纳米晶氧化物弥散强化钢。本课题选择14YWT合金作为原始样品,通过调控合成工艺,利用高能球磨法在14YWT粉末中掺杂0.5 at.%Zr元素,结合高温高压合成技术(4 GPa/900°C)进行固化烧结,制备出晶粒尺寸为50±15 nm的NC 14YWT-0.5at.%Zr合金,三维原子探针层析(3D-APT)结果显示晶界上存在Zr元素的偏聚,析出相主要成分为Y-Zr-Ti-O元素;尺寸为3.18±2.5 nm;体积分数为2.27%,与基体呈完全共格关系。相同制备条件下的14YWT合金晶粒尺寸为153±30 nm,析出相的尺寸为6.3±4.1 nm;体积分数为0.84%。发现NC 14YWT-0.5at.%Zr合金热稳定性的提高来源于:热力学上Zr元素偏析于晶界,降低了晶粒长大的驱动力;动力学上Zr元素的掺杂优化了析出相尺寸和体积分数,进一步增加了钉扎阻力。NC 14YWT-0.5at.%Zr合金在800°C热轧后的拉伸屈服强度为2730 MPa,断裂延伸率为4.7%,相比于14YWT合金的拉伸屈服强度提高了近65%,同时还能维持相同的断裂延伸率。经过计算分析,其力学性能主要通过第二相强化和细晶强化两种方式得到提高。NC 14YWT-0.5at.%Zr合金在1000°C高温退火1小时后屈服强度为2237 MPa;晶粒尺寸为75±23 nm;在800°C经过180小时长时间退火之后屈服强度为2618 MPa;晶粒尺寸为58±23 nm;在650°C高温压缩时的屈服强度达到了670 MPa,呈现出优异的热稳定性能与力学性能,提高了作为聚变堆第一壁/包层结构材料的安全服役条件。通过本课题的研究,成功制备出高强度、高热稳定性的NC 14YWT-0.5at.%Zr合金,具有成为新一代聚变堆第一壁/包层结构材料的应用潜力。