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鎢鋼功能梯度材料

在未來聚變裝置的偏濾器部位，需要將難熔金屬鎢和結構材料鋼連接在一起。由於鎢和鋼的熱膨脹係數相差巨大，常規的焊接方法獲得的鎢和鋼的接頭具有較大的殘餘應力及工作壓力，會導致變形、開裂等損傷。

製備鎢鋼功能梯度材料是解決這一問題的重要途徑。但是鎢與鋼鐵熔點相差巨大，且鎢和鋼鐵在高溫下會發生反應，通常的方法很難一步獲得性能良好、低成本的鎢鋼鐵偏濾器。所以，有學者提出的超高壓力下通電燒結方法可以製備相對密度達98﹪以上、力學性能優良的鎢鋼FGM，並且燒結時間短，燒結過程一步完成，降低成本的同時大大提高了效率。這種工藝具體包括以下步驟：

a、原料的準備：選擇細微性1～10 微米的鎢粉，鋼粉/鐵粉的細微性為45～150 微米。將上述鎢粉和鋼粉鐵粉按照設計的體積分數混和均勻；

b、生坯的成型：將上述混合好的粉末進行疊層模壓成型，成型壓力為50¬300 MPa；

c、燒結：將上述成型後的生坯置於一葉臘石模具中，放入壓機中，施加1‑10GPa的壓力，壓力是雙向加壓或六面加壓；然後兩端施加2‑6 kW的交流電，通電電流為1000A‑3000A，燒結時間為15秒‑100秒，繼續保壓30 ‑180秒；燒結體經研磨拋光，相對密度為98‑99.9%，可得與設計組分相一致鎢‑鋼功能梯度材料。

上述工藝能夠一次性地將物理性能相差較大的兩種材料如鎢-鋼（鐵）製成FGM，耗時少，成本低。通過冷壓成型，在儘量排除坯體中的殘餘氣體的同時，可以很好的控制各層厚度，使其與設計組分相一致。製備得到的FGM有較好的力學性能和抗熱衝擊性，適於熱沉積材料及耐高溫等離子體沖刷部件，如核聚變裝置中的偏濾器材料等。