鎢鉭合金之核應用

鎢是重要的核工業材料，一座核反應爐至少要用到50噸的鎢。在應用中，鎢是以合金的角色參與的，鎢銅合金、鎢錸合金、鎢鈦合金、稀土鎢合金、還有鎢鉭合金等等，本文主要介紹鎢鉭合金及其製備。

鎢鉭合金材料由於其具有高密度、高熔點、耐腐蝕、可焊接等許多優點而使之成為核聚變堆中面向等離子體材料，在核聚變堆中面向等離子體材料是一個非常重要的材料，它關係到反應堆中等離子體的穩定性、第一壁結構材料和元件免受等離子體轟擊損傷等問題。

在鎢鉭合金製造過程中，由於鉭的原子半徑比鎢的大53％，因此合金在置換固溶時，原子間隙較大，很難到達極高的緻密度。採用普通的混粉方式和真空燒結後，板坯孔隙度仍然很高，板坯密度很難達到要求的98％以上。因此，製造核反應爐鎢鉭合金不宜使用傳統的混粉和燒結方法，高品質的材料暫時只有國外公司能批量生產。

近年來，隨著冶煉技術的提高，有國內學者提出了新式的思路，其方案大致如下：

步驟一、將費氏平均細微性為3.0μm～8.0μm的鎢粉與費氏平均細微性為 5.0μm～8.0μm的鉭粉按照9.5∶0.5的品質比置於行星球磨機中，以無水乙醇為球磨介質，在真空度不大於0.1Pa，轉速為150r/min～225r/min的條件下高能球磨3h～5h，得到鎢鉭混合粉末；

步驟二、將步驟一中的鎢鉭混合粉末用冷等靜壓機壓制成型，得到鎢鉭合金板生坯；所述壓制成型的壓力為150MPa～300MPa，保壓時間為 1min～5min；

步驟三、將鎢鉭合金板生坯置於真空熱壓燒結爐內，在壓力為30MPa～45MPa，升溫速率為10℃/min～30℃/min的條件下對真空 熱壓燒結爐升溫，待爐內溫度升至2000℃～2200℃後保溫3h～6h，隨爐冷卻得到鎢鉭合金板坯；

步驟四、將鎢鉭合金板坯表面磨光後切割至所需尺寸，得到核用功能材料鎢鉭合金板。

以上步驟採用高能球磨將細微性較小的鎢粉和鉭粉充分混合均勻，使得後期壓制得到的生坯成分均勻，並通過真空高溫燒結，確保最終製備的核用功能材料鎢鉭合金板組織均勻，晶粒細小，密度高，符合核用功能材料的標準。

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