ITER第一壁防护涂层材料

纯钨材料不仅具有一般金属的共有性质，如导电性、导热性、可塑性和 金属光泽等，同时还具有高密度、高熔点、高热导率，低蒸汽压、低热膨胀系数、强的吸收射线能力和溅射阈值、较好的抗腐蚀性等特性，因此对于ITER核聚变设备部件来说，是一种重要的面向等离子体第一壁防护涂层材料。

由于纯钨与铜及铜合金间具有较大的热膨胀性质差异，且铜合金（铬锆铜）强度较铜高，且不易于塑形变形。无论是在CVD（化学气相沉积）沉积过程中，还是在部件服役过程中，均会产生较大的热应力，都将导致铜合金/CVD-钨涂层界面脱开，无法有效连接从而影响部件的使用。

对于纯钨涂层的制备工艺，目前国内外已有诸多研究，如熔盐电镀法、等离子喷涂以及化学气相沉积（CVD）等。熔盐电镀法可得到密度较高的纯钨涂层，但由于其制备温度较高，不适于铜合金表面纯钨涂层的涂覆；等离子体喷涂法所得到的纯钨涂层由于密度较低，且涂覆速率过慢。较难得到满足应用需求的纯钨涂层。化学气相沉积（CVD）方法是目前工艺适用性最广，可直接获得高纯，高致密组织结构，不受工件形状限制的纯钨涂层方法之一，其主要过程如下：

（1）选用厚度约为40mm的铬锆铜（CuCrZr）合金作为基础材料，选用厚度1mm的冷等静压-烧结工艺制备出的3层钨铜功能梯度材料（3层的 铜含量分别为60%、30%和10%，分别对应W60Cu、W30Cu和W10Cu）作 为含铜应力缓释层

（2）将上述3层钨铜功能梯度材料的含铜60%的那一面与铬锆铜合金 基础材料在温度450℃～950℃；压力为5～90MPa，真空度不小于10-1Pa条件 下进行热压扩散焊接，时间为1h。为保证铬锆铜合金不发生沉淀相固溶，焊 接中的温度应控制在600℃以下；

（3）打磨去除连接好的3层钨铜功能梯度材料的含铜10%的那一面的氧化层，并进行稀盐酸清洗（0.05mol/L盐酸水溶液，15分钟）和纯水清洗， 得清洗后的样品；

（4）将清洗后样品放入沉积炉，在氢气保护气氛下进行升温。待基材表 面温度达到预设的沉积温度580℃且稳定，将纯度均为99.99%的六氟化钨和 氢气的混合气体由沉积炉上通气口通入沉积炉内，其中六氟化钨流量为 0.1mol/min（温度高于45℃而低于其分解温度，压力为70-120kPa），氢气流 量为0.2mol/min，将六氟化钨和氢气混合气体通入沉积炉内，混合气体在板 材表面及其附近发生反应，生成钨和氢氟酸。沉积时间约为1.5h。钨沉积在 板材表面形成涂层，生成的氢氟酸和未反应的气体排出沉积炉。

（5）反应完成后，关闭六氟化钨，停止加热，继续通入氢气至炉内温度 降至100℃以下，改通氮气冷却至室温，然后拆炉，取出样品，即制得钨涂 层铜合金部件。钨涂层（CVD-W）厚度为1mm，钨涂层沉积速率约为0.6mm/h。 涂层表面平整，无凸起颗粒，涂层无开裂，起皮现象。

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