【摘 要】
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钨(W)由于具有高熔点、高导热系数、低物理溅射率和低氘滞留等特性而被认为是未来热核聚变堆用面向等离子体材料(PFMs)的候选材料。但是纯W较高的韧脆转变温度和较低的再结晶温度使其具有严重的低温脆性和再结晶脆性。本文采用湿化学法结合轧制加工制备W-0.4 wt%Y2(Zr)O3(以下简称为WYZ)复合材料,通过电子束热冲击实验研究WYZ复合材料在瞬态热冲击作用下的损伤机制,对WYZ复合材料退火后微结
【基金项目】
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国家重点研发磁约束核聚变能发展研究专项(编号:2019YFE03120002); 高等学校学科创新项目“清洁能源新材料与技术”(B18018);
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钨(W)由于具有高熔点、高导热系数、低物理溅射率和低氘滞留等特性而被认为是未来热核聚变堆用面向等离子体材料(PFMs)的候选材料。但是纯W较高的韧脆转变温度和较低的再结晶温度使其具有严重的低温脆性和再结晶脆性。本文采用湿化学法结合轧制加工制备W-0.4 wt%Y2(Zr)O3(以下简称为WYZ)复合材料,通过电子束热冲击实验研究WYZ复合材料在瞬态热冲击作用下的损伤机制,对WYZ复合材料退火后微结构转变进行了研究,并进一步通过压缩和拉伸试验研究取向和退火对WYZ复合材料力学性能的影响。(1)99.3%致密度的WYZ复合材料的硬度高达425.9 HV0.2,瞬态热冲击裂纹阈值为0.3-0.4 GW/m~2,随着功率密度增加损伤逐渐由粗糙化转变为开裂和熔融。WYZ复合材料的初始再结晶温度约为1400℃,其主要织构类型是θ织构和γ织构,高温退火不会改变WYZ复合材料的织构类型,但总体织构强度表现出先降低后增加的趋势。(2)WYZ复合材料室温极限抗压强度高达1686.0 MPa,不同取向压缩强度符合以下规律:R-WYZ>T-WYZ>N-WYZ。强度各向异性主要是晶粒长径比和晶界三重结密度差异导致的。高温退火后WYZ复合材料由于位错湮灭、晶粒粗化导致强度显著降低。退火并不能完全消除WYZ复合材料的压缩性能各向异性,但可以降低不同取向的强度差异。WYZ复合材料具有比纯W高的极限抗压强度主要是由于Y-Zr-O颗粒掺杂显著细化了W晶粒,并对位错运动具有较强的钉扎效应。(3)200℃时R-WYZ试样具有高达970.9 MPa的极限抗拉强度。取向对WYZ复合材料的拉伸强度和延伸率具有明显影响(R-WYZ>T-WYZ),但不会影响其韧脆转变温度(约为200-300℃)。Y-Zr-O颗粒掺杂对拉伸断裂过程中的裂纹萌生和扩展具有明显的抑制作用,增韧机制主要包括细晶强化、裂纹偏转和载荷传递。但较大的第二相颗粒在塑性变形过程中的破碎,将会影响颗粒掺杂对材料强度和塑性的提升。此外,断口侧面组织中α织构和γ织构含量随着拉伸变形量的增加明显增加。
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