羰基鎢前驅製備面向等離子體材料

如今國際熱核實驗堆ITER已經在法國建造，研究適合ITER及今後商用聚變堆面向等離子體材料是目前急需要解決的難題，是直接關係到今後聚變堆商業發電是否能夠實現。

經過大量的研究證明，早先公認並可選擇的面向等離子體材料主要有高Z（原子序數）的鎢、鉬及其合金材料和低Z的C/C複合材料, 如今鎢材料被認為是面向等離子材料的最佳候選材料，鎢與等離子體良好的相容性已經得到證實，同時鎢具有高熔點、不與氚發生共沉積和低腐蝕率等優，因此將來的聚變堆中面向等離子材料將會全部用鎢材料。

對於高功率、穩態運行的聚變堆裝置，高熱負荷的即時移出是第一壁安全運行的必要條件，這不僅對面向等離子材料而且對熱沉材料提出了苛刻要求。在將來的聚變堆裝置中熱沉材料一般選銅合金或低活化鋼。鎢與銅合金、低活化鋼的熱膨脹係數相差較大，這給在銅合金或低活化鋼上製備鎢塗層帶來了相當大的困難。

為解決以上技術問題，研究人員提出一種採用羰基鎢為前驅體制備用於聚變堆中面向等離子體鎢塗層的方法，在銅合金表面使用羰基鎢為前驅體，利用等離子增強的金屬有機氣相沉積方法製備鎢塗層，其中銅合金為基體即熱沉材料。

把CuCrZr合金加工成試樣尺寸為50mm×50mm×5mm。沉積前依次經150號、600 號、800 號、1000號、1500號砂紙打磨，拋光，然後用丙酮對沉積表面進行去油污處理，無水乙醇超聲波清洗，脫水乾燥。把試樣放入反應器的加熱座上沉積，基體溫度控制在200℃，反應器壓力恒定在100Pa，羰基鎢氣流量為1.5mL/s且溫度控制在80℃，沉積5h後恒定保溫3h退火。

該方法具有以下特點：（1）成膜面積大，在反應器中沉積時，羰基鎢以氣體形式存在，只要反應器的容積一定大，在工藝滿足的條件下能夠製備出大面積的鎢塗層；（2）沉積溫度低，羰基鎢具有低溫下易分解和揮發（熔點為150℃）的特性；（3）製備出的塗層厚度均勻且緻密度高，羰基鎢在低溫下分解揮發且是在原子級別上發生熱解；（4）塗層的純度高，羰基鎢在揮發和熱解過程中具有提純的作用；（5）沉積速度快，沉積過程中使用了等離子體，通過等離子體促進羰基鎢的熱解，從而大大提高了羰基鎢的活性，使得沉積速度增大。由於以上的特點，等離子增強的金屬有機化學氣相沉積可有效地製備符合要求的鎢塗層，因此該種方法可廣泛用於製備聚變堆中的面向等離子體材料。

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