刘凤指导老师：罗广南研究员2010年11月20日深度塑性变形法 - east.ppt

深度塑性变形法制备面向等离子体钨基材料的研究 国内外研究现状 研究内容及拟采用的方法（1） 研究内容及拟采用的方法（2） 课题创新之处 * HT-7/ EAST ASIPP ASIPP 开题报告 报告人： 刘 凤 指导老师：罗广南 研究员 2010年11月20日 课题的意义及国内外研究现状 研究内容、拟采用的方法和手段 已有的工作基础 课题创新点 预期研究成果 研究进度安排 主要参考文献 课题的意义 研究背景： PFM的选择关系到聚变能开发的可行性和安全性，是聚变能开发中的关键问题之一； 目前聚变装置中PFM主要使用C/Be/W；未来聚变堆以D、T为燃料， 且随着聚变装置进入准稳态运行阶段，W因其熔点高、溅射率低等优异的综合性能而更具优势。 W作为未来聚变堆PFM存在的难题： 1）低温脆化、再结晶脆化、中子辐照脆化； 2）高热流/高粒子流辐照下W表面的开裂、起泡、熔化及粒子滞留等。 课题的意义 超细晶/纳米晶W研究的提出： 理论研究： 自修复机制的发现可能暗示着纳米晶W可能缓解目前粗晶W的辐照脆化、肿胀等问题。 国内外研究现状 制备超细晶/纳米晶W的制备途径之一：粉末冶金工艺（PM） 传统的PM工艺已相当成熟，但只能制备粗晶W；超细晶/纳米晶W要求探讨新的PM工艺，关键在烧结的控制。 包括热等静压（HIP）烧结、放电等离子体烧结（SPS）、超高压通电烧结 （RSUHP）等工艺 国内外已经就PM制备超细晶/纳米晶W基PFM进行了系统开发 国内外研究现状 制备超细晶/纳米晶W的制备途径之二： 深度塑性变形工艺（SPD） 力的作用使块体材料产生大量剪切应变从而使晶粒超细化的加工方法，可用于制备高致密度、不受杂质污染的块体超细晶/纳米晶材料 。 包括等通道角挤压法（ECAP）、高压扭转法（HTP）等工艺 目前可见报道中尚没有SPD用于开发W基PFM的报道，但SPD制备W材在性能上已经展示出诱人的前景。 Principles of Equal channel angular pressing 国内外研究现状 深度塑性变形工艺开发的超细晶/纳米晶W 左图绿线展示了SPD制备的超细晶W在室温下的延展性能。 会引入杂质 会引入杂质 对先驱粉体要求高；必须结合适当的热处理工艺才能获得所需的性能 处理工艺不连续，成本高；制备大尺度样品困难 通常需在一定温度下轧制处理 用于制备超细晶/纳米晶W的局限性 快速加热和冷却、热转化速率快、烧结时间短； 快速加热和冷却、热转化速率快、烧结时间短；超高压有利于致密化 样品致密度高，均匀性好 高致密度、无杂质污染；压力大，晶粒尺寸最小，可低温加工难熔金属 高致密度、无杂质污染；可连续处理，具有大规模工业生产的潜力 工艺优势 …/… -/… …/+ …/… …/… 热加载性能/等离子体辐照性能 …/… …/… +/+ +/… +/… 低温韧脆/再结晶性能 适当控制工艺，均可达到100%的理论密度 致密度 超细晶 超细晶 超细晶 纳米晶 超细晶 晶粒大小 放电等离子体烧结（SPS） 超高压通电烧结（RSUHP） 热等静压烧结（HIP） 高压扭转法（HPT） 等通道角挤压法（ECAP） 粉末冶金工艺（PM） 深度塑性变形工艺（SPD） 已有的工作基础 SPD处理材料微观结构特点： 高密度、非平衡、大角晶界的超细晶/纳米晶 实验室制备现状 （与南理工合作）： （1）获得W晶粒尺寸：0.9um （未对SPD处理后样品进行轧制处理） （2）经ECAP处理后，纯W的韧脆转变温度降低了约130℃ （1）ECAP工艺优化： 对ECAP 处理后样品进行轧制处理： 目前晶粒尺寸0.9um，主要因为未对SPD处理后样品进行轧制处理；实验室已经购买了轧制机 ECAP处理时通道转角的大小 在一定范围内，减小通道转角将使晶粒尺寸变小。然而，通道转角过小可能导致低延性材料的开裂 ECAP处理温度 在样品不产生开裂的情况下，ECAP处理温度越低，能获得的晶粒尺寸越小，且大角晶界所占的比例越高 ECAP处理时施加背景压力 ECAP处理时背景压力的增加能阻止可能的样品断裂。 （2）ECAP制备不同掺杂（或合金化）W基材料的性能研究 掺杂物/合金化元素：钽、铼、钾、稀土氧化物、碳化物等 ；含量为5% 性 能：微观形貌观察； 致密度、氧含量、热导率； 韧脆转变温度；再结晶温度 方 法：SEM/TEM 排水法、X荧光分析（XRF）、 微硬度测量/显微观察；微硬度