取得突破！純鎢塊材室溫塑性和高强度實現共存

近日，西安交通大學與中科院合肥研究院合作在高性能鎢材料研究方面取得了新進展，通過多尺度微結構調控策略，在純鎢塊材中實現了室溫塑性和高强度。這意味著未來面向等離子體材料（PFM）的服役時間將更長和使用性能將更高。

面向等離子體材料是核聚變反應裝置中直接面對等離子體的第一壁、偏濾器及限制器的裝甲材料，能有效控制進入等離子體的雜質，移走輻射到材料表面的熱功率；保護非正常停堆時其他部件免受等離子體轟擊而損壞。所以，它的性能對核聚變反應裝置的發展來說尤其的重要，除了要具有較好的耐高溫性能和耐衝擊性能之外，還應具備低溫韌性、高强度和抗輻射能力等特點。 

難熔金屬鎢（W）因具有高熔點，低蒸氣壓，良好的導熱性、高溫强度、結構穩定性和化學穩定性等優點，而成爲PFMs最佳的候選材料。然而，純鎢存在低溫脆性、高溫再結晶脆性和輻照脆性等缺點，也在很大程度上制約了核聚變反應堆的發展。爲了解决上述的問題，研究者雖然通過彌散强化、軋製、拉拔等手段提高了鎢材料的低溫韌性和强度，但是要在大塊純鎢中同時實現室溫拉伸塑性和高强度仍是一個巨大挑戰，這主要是由于經過常規的高溫燒結和後續熱形變後，鎢晶粒易粗化。

鑒于此，西安交通大學與中科院合肥研究院研究者共同提出了多尺度微結構調控策略，成功製備出兼具室溫拉伸塑性和高强度的純鎢塊材。首先，通過對活化的W粉進行兩步低溫燒結，得到的燒結鎢板坯平均晶粒尺寸爲8.9 um；再通過高能率鍛造的溫加工動態回復，最終在鍛造鎢塊材中實現了獨特的多尺度微結構：層狀結構母晶，母晶中含超細亞晶，亞晶中含高比例可動性位錯。與現有的塊體鎢材料相比，鍛造鎢塊材在室溫下的拉伸塑性和抗拉强度更優秀。

研究表明，層狀母晶、超細亞晶與高比例的刃型和複合位錯協同作用是純鎢實現室溫塑性和高强度的主要原因。層狀結構母晶可以鈍化裂紋尖端實現增韌效果；相比于大角度晶界，母晶中高比例的亞晶界更有利于位錯穿過，從而緩釋晶間應力，防止沿晶開裂。更爲重要的是，超細亞晶中預製的位錯包含58%刃位錯和複合位錯，而體心立方金屬中刃位錯和複合位錯相比于單純的螺位錯在低溫下具有更好的可動性。這些高移動性的位錯不僅起到强化作用，還能够在低溫下鈍化裂紋尖端。

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