構建高性能純鎢塊材的新策略

來自中國科學院合肥研究院固體所內耗與固體缺陷研究部和西安交通大學的合作研究小組最近製造了一種在低溫下具有高強度和高延展性的高性能純鎢塊材。相關研究發表在金屬材料頂級期刊Acta Materialia上。

鎢（W）及其合金以其良好的性能引起了廣泛的關注。但是，純鎢具有內在的脆性，容易因晶粒粗化和中子輻照而發生操作性脆化。

在這項研究中，通過低溫燒結程式燒結活化的W粉末，科學家們得到了高密度的大塊W板，晶粒尺寸為8.9微米。隨後的HERF熱加工進一步細化了晶粒，構建了片狀的基體晶粒，內部有大量的細小子晶粒，以及高密度的移動邊緣和混合位錯。

來自低角度晶界和高移動位錯的遮罩和鈍化效應，以及片狀結構收穫的分層增韌效應是改善低溫延展性和強度的主要機制。

據研究小組稱，這種細細微性的大體積純鎢的性能非常突出。在室溫下，其韌度為1302兆帕，超過了其他報導的大體積鎢材料，具有明顯的拉伸延展性，這是首次在室溫下實現大體積鎢產品的拉伸應變。

研究人員還測試了它在高溫下的拉伸性能。在600攝氏度下的極限拉伸強度和總伸長率仍然分別保持在843兆帕和10.2%的高水準。這些強度比以前報導的大體積鎢材料在測試溫度下的強度要高很多。

“晶粒被細化到大約1.3微米，”該研究小組的作者之一吳學邦說，“這有助於這種材料的室溫韌性和高強度的實現。”

他進一步解釋了純鎢塊材的結構。片狀拉長的晶粒結構、高比例的低角度晶界和高度移動的位錯的協同作用，確保了其低溫延展性和強度的提高。

“我們所製備的高性能純鎢塊材在聚變反應堆和高溫工業中具有良好的應用前景，” 吳學邦說，“我們認為這種生產策略是設計高性能難熔金屬和合金的可行和低成本途徑。”

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