[发明专利]一种耐高温的层状增韧钨基复合材料及制备方法

说明书

本发明公开了一种耐高温的层状增韧钨基复合材料及其制备方法，其包括多个层叠设置的重复单元，所述重复单元包括依次层叠设置的钨层、钽层、铌层、钽层和钨层，且相邻两个重复单元共用一钨层；其制备方法包括：(1)表面处理(2)装模：(3)烧结：(4)脱模。本发明的优点在于，铌箔与钽箔构成增韧层，钨箔设置于增韧层两侧作为基体层，增韧层与基体层模仿生物材料交替设置，所获得的钨层复合材料的韧性优于纯钨，综合性能较好，改层状增韧钨基复合材料对聚变堆装置的第一壁结构具有重要的实用意义。

技术领域

本发明属于结构材料技术领域，具体涉及一种耐高温的层状增韧钨基复合材料及制备方法。

背景技术

基于核聚变的功率反应堆的高温和等离子体材料暴露在氘-氚聚变反应过程中产生的高温和高能中子通量下而极易引起退化，特别是功率额定值增加的聚变反应堆和短暂情况下的聚变反应堆，其服役环境的严峻程度更高。因此聚变反应堆材料需要具有高熔点、高强度和良好的抗蠕变性能，其对于材料的热性能、机械性能和物理性能的需求达到一个新的高度。目前人们对于等离子体和高温材料的研究已转向难熔金属。

钨在等离子体应用中的各种理化、机械和辐照特性的独特组合，例如高熔点、良好的导热性、适当的溅射阈值、良好的蠕变性能、低水平的氚滞留及中子活化和侵蚀，使得其成为聚变反应堆等离子体部件的潜在材料。但钨的塑脆转变温度高，辐射条件下脆化、屈服强度低及高温下极易被氧化的性质影响了其在等离子体部件方面的应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：如何克服纯钨易脆化的缺点，获得较高韧性的钨层材料。

为解决上述问题，本发明提供以下技术方案：

一种耐高温的层状增韧钨基复合材料，包括多个层叠设置的重复单元，所述重复单元包括依次层叠设置的钨层、钽层、铌层、钽层和钨层，且相邻两个重复单元共用一钨层。

优选地，本发明所述的一种耐高温的层状增韧钨基复合材料，所述重复单元为五个。

优选地，本发明所述的一种耐高温的层状增韧钨基复合材料，所述铌层的厚度为90-110um。

优选地，本发明所述的一种耐高温的层状增韧钨基复合材料，所述钽层的厚度为90-110um。

优选地，本发明所述的一种耐高温的层状增韧钨基复合材料，所述钨层的厚度为90-110um。

优选地，本发明所述的一种耐高温的层状增韧钨基复合材料，所述铌层的厚度为100um。

优选地，本发明所述的一种耐高温的层状增韧钨基复合材料，所述钽层的厚度为100um。

优选地，本发明所述的一种耐高温的层状增韧钨基复合材料，所述钨层的厚度为100um。

本发明还提供了上述的一种耐高温的层状增韧钨基复合材料的制备方法，其包括以下步骤：

(1)表面处理：将钽箔和铌箔置于无水乙醇中超声清洗，真空干燥后密封保存；将钨箔置于碱液中抛光，再置于无水乙醇中超声清洗，真空干燥后，密封保存；

(2)装模：将表面处理后的钨箔、钽箔、铌箔按次序放入模具构成待烧结体；

(3)烧结：真空状态下对待烧结体进行放电等离子体烧结；

(4)脱模。

优选地，本发明所述的一种耐高温的层状增韧钨基复合材料的制备方法，所述烧结的过程如下：

A、升温升压阶段：以55-95℃/min的速率升温至600℃，再以100℃/min的速率升温至1100-1500℃，同时以恒定速率升压至30-33MPa，使温度和压力同时达到最大值；

B、保温保压10-20min；