羰基钨前驱制备面向等离子体材料

如今国际热核实验堆ITER已经在法国建造，研究适合ITER及今后商用聚变堆面向等离子体材料是目前急需要解决的难题，是直接关系到今后聚变堆商业发电是否能够实现。

经过大量的研究证明，早先公认并可选择的面向等离子体材料主要有高Z（原子序数）的钨、钼及其合金材料和低Z的C/C复合材料, 如今钨材料被认为是面向等离子材料的最佳候选材料，钨与等离子体良好的兼容性已经得到证实，同时钨具有高熔点、不与氚发生共沉积和低腐蚀率等优，因此将来的聚变堆中面向等离子材料将会全部用钨材料。

对于高功率、稳态运行的聚变堆装置，高热负荷的实时移出是第一壁安全运行的必要条件，这不仅对面向等离子材料而且对热沉材料提出了苛刻要求。在将来的聚变堆装置中热沉材料一般选铜合金或低活化钢。钨与铜合金、低活化钢的热膨胀系数相差较大，这给在铜合金或低活化钢上制备钨涂层带来了相当大的困难。

为解决以上技术问题，研究人员提出一种采用羰基钨为前驱体制备用于聚变堆中面向等离子体钨涂层的方法，在铜合金表面使用羰基钨为前驱体，利用等离子增强的金属有机气相沉积方法制备钨涂层，其中铜合金为基体即热沉材料。

把CuCrZr合金加工成试样尺寸为50mm×50mm×5mm。沉积前依次经150号、600 号、800 号、1000号、1500号砂纸打磨，抛光，然后用丙酮对沉积表面进行去油污处理，无水乙醇超声波清洗，脱水干燥。把试样放入反应器的加热座上沉积，基体温度控制在200℃，反应器压力恒定在100Pa，羰基钨气流量为1.5mL/s且温度控制在80℃，沉积5h后恒定保温3h退火。

该方法具有以下特点：（1）成膜面积大，在反应器中沉积时，羰基钨以气体形式存在，只要反应器的容积一定大，在工艺满足的条件下能够制备出大面积的钨涂层；（2）沉积温度低，羰基钨具有低温下易分解和挥发（熔点为150℃）的特性；（3）制备出的涂层厚度均匀且致密度高，羰基钨在低温下分解挥发且是在原子级别上发生热解；（4）涂层的纯度高，羰基钨在挥发和热解过程中具有提纯的作用；（5）沉积速度快，沉积过程中使用了等离子体，通过等离子体促进羰基钨的热解，从而大大提高了羰基钨的活性，使得沉积速度增大。由于以上的特点，等离子增强的金属有机化学气相沉积可有效地制备符合要求的钨涂层，因此该种方法可广泛用于制备聚变堆中的面向等离子体材料。

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