钨钽合金之核应用

钨是重要的核工业材料，一座核反应堆至少要用到50吨的钨。在应用中，钨是以合金的角色参与的，钨铜合金、钨铼合金、钨钛合金、稀土钨合金、还有钨钽合金等等，本文主要介绍钨钽合金及其制备。

钨钽合金材料由于其具有高密度、高熔点、耐腐蚀、可焊接等许多优点而使之成为核聚变堆中面向等离子体材料，在核聚变堆中面向等离子体材料是一个非常重要的材料，它关系到反应堆中等离子体的稳定性、第一壁结构材料和元件免受等离子体轰击损伤等问题。

在钨钽合金制造过程中，由于钽的原子半径比钨的大53％，因此合金在置换固溶时，原子间隙较大，很难到达极高的致密度。采用普通的混粉方式和真空烧结后，板坯孔隙度仍然很高，板坯密度很难达到要求的98％以上。因此，制造核反应堆钨钽合金不宜使用传统的混粉和烧结方法，高质量的材料暂时只有国外公司能批量生产。

近年来，随着冶炼技术的提高，有国内学者提出了新式的思路，其方案大致如下：

步骤一、将费氏平均粒度为3.0μm～8.0μm的钨粉与费氏平均粒度为 5.0μm～8.0μm的钽粉按照9.5∶0.5的质量比置于行星球磨机中，以无水乙醇为球磨介质，在真空度不大于0.1Pa，转速为150r/min～225r/min的条件下高能球磨3h～5h，得到钨钽混合粉末；

步骤二、将步骤一中的钨钽混合粉末用冷等静压机压制成型，得到钨钽合金板生坯；所述压制成型的压力为150MPa～300MPa，保压时间为 1min～5min；

步骤三、将钨钽合金板生坯置于真空热压烧结炉内，在压力为30MPa～45MPa，升温速率为10℃/min～30℃/min的条件下对真空 热压烧结炉升温，待炉内温度升至2000℃～2200℃后保温3h～6h，随炉冷却得到钨钽合金板坯；

步骤四、将钨钽合金板坯表面磨光后切割至所需尺寸，得到核用功能材料钨钽合金板。

以上步骤采用高能球磨将粒度较小的钨粉和钽粉充分混合均匀，使得后期压制得到的生坯成分均匀，并通过真空高温烧结，确保最终制备的核用功能材料钨钽合金板组织均匀，晶粒细小，密度高，符合核用功能材料的标准。

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