3D列印鎢部件 助力核聚變能源發展

近日，橡樹嶺國家實驗室（ORNL）科研人員憑藉其精湛的技術，成功採用增材製造技術——電子束粉末床熔融（EB-PBF）工藝，列印出了一批具有複雜幾何結構且無缺陷的鎢部件。這一里程碑式的成果，預示著鎢材料在清潔能源技術，特別是核聚變能源領域，將擁有更加廣闊的應用前景。

鎢及鎢合金，作為一種極具挑戰性的材料，因其卓越的性能而備受矚目。它們不僅熔點極高，而且密度、硬度、光澤度和質感均屬上乘。此外，鎢及其合金還具備出色的耐腐蝕性、延展性和導熱性，以及優良的電性能。這些特性使得鎢在醫療器械、國防軍工、航空航太、電子資訊、能源、化工冶金、核工業等多個領域都發揮著不可替代的作用。

然而，鎢的這些獨特性質也給製造商帶來了極大的挑戰。由於鎢的熔點高、硬度大和脆性大，傳統的加工方法往往難以應對，容易出現變形、裂痕、夾心和性能降低等問題。特別是在製備形狀複雜的鎢零件時，這些問題更是難以避免。

為了突破這一技術瓶頸，同時進一步擴大金屬鎢的應用領域，橡樹嶺國家實驗室的研究人員憑藉其豐富的科研經驗和深厚的技術實力，成功地將3D列印技術應用於鎢零部件的製造中。他們採用電子束粉末床熔融工藝，通過精確控制電子束的能量和掃描路徑，將鎢粉末逐層熔化並精確堆積成複雜的三維形狀。

在這個過程中，真空環境起到了至關重要的作用。它不僅減少了異物污染和殘餘應力的形成，還確保了熔化鎢粉末的純淨度和均勻性。因此，通過這種方法製造出的鎢部件不僅具有複雜的幾何形狀，而且無缺陷、性能優越。

ORNL的Michael Kirka表示：“電子束增材製造在複雜鎢幾何形狀的加工方面很有前途，這是擴大耐溫金屬在能源資源中的使用的重要一步，將助力可持續、零碳的未來。”

據中鎢線上瞭解，鎢的高熔點（3410℃）、高強度、小蒸發速度、無放射性、良好的塑性、耐燒蝕和耐衝擊等特性，使得它成為核聚變反應堆的偏濾器與面向等離子體的理想材料。在聚變反應中，等離子體溫度高達1.8億華氏度，而鎢材料能夠承受這樣的極端條件，確保反應堆的穩定運行。因此，橡樹嶺國家實驗室的這一成果，將為核聚變能源技術的發展提供強有力的支援。

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