构建高性能纯钨块材的新策略

来自中国科学院合肥研究院固体所内耗与固体缺陷研究部和西安交通大学的合作研究小组最近制造了一种在低温下具有高强度和高延展性的高性能纯钨块材。相关研究发表在金属材料顶级期刊Acta Materialia上。

钨（W）及其合金以其良好的性能引起了广泛的关注。但是，纯钨具有内在的脆性，容易因晶粒粗化和中子辐照而发生操作性脆化。

在这项研究中，通过低温烧结程序烧结活化的W粉末，科学家们得到了高密度的大块W板，晶粒尺寸为8.9微米。随后的HERF热加工进一步细化了晶粒，构建了片状的基体晶粒，内部有大量的细小子晶粒，以及高密度的移动边缘和混合位错。

来自低角度晶界和高移动位错的屏蔽和钝化效应，以及片状结构收获的分层增韧效应是改善低温延展性和强度的主要机制。

据研究小组称，这种细粒度的大体积纯钨的性能非常突出。在室温下，其韧度为1302兆帕，超过了其他报道的大体积钨材料，具有明显的拉伸延展性，这是首次在室温下实现大体积钨产品的拉伸应变。

研究人员还测试了它在高温下的拉伸性能。在600摄氏度下的极限拉伸强度和总伸长率仍然分别保持在843兆帕和10.2%的高水平。这些强度比以前报道的大体积钨材料在测试温度下的强度要高很多。

“晶粒被细化到大约1.3微米，”该研究小组的作者之一吴学邦说，“这有助于这种材料的室温韧性和高强度的实现。”

他进一步解释了纯钨块材的结构。片状拉长的晶粒结构、高比例的低角度晶界和高度移动的位错的协同作用，确保了其低温延展性和强度的提高。

“我们所制备的高性能纯钨块材在聚变反应堆和高温工业中具有良好的应用前景，” 吴学邦说，“我们认为这种生产策略是设计高性能难熔金属和合金的可行和低成本途径。”

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