ITER偏滤器之钨铜模热压法

ITER装置是一个能产生大规模核聚变反应的超导托克马克，俗称"人造太阳"，是解决未来人类清洁能源的最具有潜力的科学方案。在这之中，钨偏滤器是其重要的零部件，有着重要的作用。

钨以其高熔点、高硬度、耐中子辐照、良好的导热性、低活性等性能特点，成为聚变堆面向等离子体的热门候选材料之一。铜具有优异的导热、导电性能，其热导率为粉末冶金态钨的4倍以上，能够有效的带走核聚变反应时产生的热量，可以作为热沉材料。

钨+铜是已知的优秀工业发热材料，在人造太阳计划中，聚变堆设计人员和材料研究人员发现，使用铜与钨的连接模块作为面向等离子体部件(Plasma Facing Component， PFC)既能承受等离子体的高温和高能粒子辐照，又能尽可能快地带走钨上的热量。

将金属钨与铜紧密地连接是获得PFC的关键。由于钨和铜之间的热膨胀系数相差很大，其焊接热应力很大。而且钨、铜之间几乎不发生固溶。此外，钨与铜的熔点也相差很大。因此传统的扩散焊、钎焊等焊接方法对钨铜的焊接不适用。

因此，寻找将铜焊接至钨表面的有效方法也就尤为重要；千思万想，科研人员研究出了一种钨铜模块的制备方法，使用熔敷和热压相结合的方法，能够将铜焊接至钨表面，经进一步加工还能够获得各种形状、尺寸的钨铜模块，例如用于托卡马克聚变装置偏滤器的钨铜模块。制备的步骤如下：

a)将钨表面将要与铜连接的部分加工至的粗糙度Ra为3～8μm；铜液在钨表面熔敷时，连接界面上钨、铜两种金属能够相互啮合，这种钨铜界面具有较高的连接强度。

b) 将钨和铜放入熔敷模具中，优选石墨熔敷模具，铜置于钨上面，保证铜熔融后能够完全，覆盖钨表面将要与铜连接的部分，再将熔敷模具放入加热炉，将铜熔敷于钨表面，获得敷铜钨；

c)热压所述敷铜钨，其中加热炉加热的温度为1100～1180℃，加热炉中气氛优选为非氧化气氛(例如真 空、氮气氛)、还原性气氛(例如氢气或分解氨)或惰性气体氛围(例如氦气、氩气)。炉内氢气露点可以为-80～-20℃(优选为-60～-20℃)。在非氧化气氛、还原性气氛或惰性气体氛围中，特别是氢气氛中进行熔敷，能防止钨块表面被氧化，使钨铜界面良好结合，不产生空隙，结合强度高。

使用熔敷和热压相结合的钨铜模热压法所需设备简单，具有生产成本低，操作简便，工艺参数容易控制，效率高等优点，不仅适于ITER等高科技研究，也适于普通工业钨铜合金异形件的批量生产。将铜焊接在钨上之后，还可以进行进一步机械加工，获得所需形状、尺寸的钨铜模块。该方法降低了钨铜焊接的难度，提高了后续加工的灵活性，能够生产形状复杂的钨铜模块。

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