ITER偏濾器之鎢銅模熱壓法

ITER裝置是一個能產生大規模核聚變反應的超導托克馬克，俗稱"人造太陽"，是解決未來人類清潔能源的最具有潛力的科學方案。在這之中，鎢偏濾器有著重要的作用。

鎢以其高熔點、高硬度、耐中子輻照、良好的導熱性、低活性等性能特點，成為聚變堆面向等離子體的熱門候選材料之一。銅具有優異的導熱、導電性能，其熱導率為粉末冶金態鎢的4倍以上，能夠有效的帶走核聚變反應時產生的熱量，可以作為熱沉材料。

鎢+銅是已知的優秀工業發熱材料，在人造太陽計畫中，聚變堆設計人員和材料研究人員發現，使用銅與鎢的連接模組作為面向等離子體部件(Plasma Facing Component， PFC)既能承受等離子體的高溫和高能粒子輻照，又能盡可能快地帶走鎢上的熱量。

將金屬鎢與銅緊密地連接是獲得PFC的關鍵。由於鎢和銅之間的熱膨脹係數相差很大，其焊接熱應力很大。而且鎢、銅之間幾乎不發生固溶。此外，鎢與銅的熔點也相差很大。因此傳統的擴散焊、釺焊等焊接方法對鎢銅的焊接不適用。

因此，尋找將銅焊接至鎢表面的有效方法也就尤為重要；千思萬想，科研人員研究出了一種鎢銅模塊的製備方法，使用熔敷和熱壓相結合的方法，能夠將銅焊接至鎢表面，經進一步加工還能夠獲得各種形狀、尺寸的鎢銅模塊，例如用於托卡馬克聚變裝置偏濾器的鎢銅模塊。製備的步驟如下：

a)將鎢表面將要與銅連接的部分加工至的粗糙度Ra為3～8μm；銅液在鎢表面熔敷時，連接介面上鎢、銅兩種金屬能夠相互嚙合，這種鎢銅介面具有較高的連接強度。

b) 將鎢和銅放入熔敷模具中，優選石墨熔敷模具，銅置於鎢上面，保證銅熔融後能夠完全，覆蓋鎢表面將要與銅連接的部分，再將熔敷模具放入加熱爐，將銅熔敷於鎢表面，獲得敷銅鎢；

c)熱壓所述敷銅鎢，其中加熱爐加熱的溫度為1100～1180℃，加熱爐中氣氛優選為非氧化氣氛(例如真 空、氮氣氛)、還原性氣氛(例如氫氣或分解氨)或惰性氣體氛圍(例如氦氣、氬氣)。爐內氫氣露點可以為-80～-20℃(優選為-60～-20℃)。在非氧化氣氛、還原性氣氛或惰性氣體氛圍中，特別是氫氣氛中進行熔敷，能防止鎢塊表面被氧化，使鎢銅介面良好結合，不產生空隙，結合強度高。

使用熔敷和熱壓相結合的鎢銅模熱壓法所需設備簡單，具有生產成本低，操作簡便，工藝參數容易控制，效率高等優點，不僅適於ITER等高科技研究，也適於普通工業鎢銅合金異形件的批量生產。將銅焊接在鎢上之後，還可以進行進一步機械加工，獲得所需形狀、尺寸的鎢銅模塊。該方法降低了鎢銅焊接的難度，提高了後續加工的靈活性，能夠生產形狀複雜的鎢銅模塊。

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