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本文主要研究了爆炸固结制备核聚变实验装置偏滤器用面向等离子体模块材料,并对其性能进行了检测。
本文设计了双向爆炸固结的装置,并采用水作为传压介质,可以成功回收制备的样品。
本文采用自蔓延燃烧预热爆炸固结成功制备了Mo/Cu、W(Mo)/Cu和W(Ta)/Cu功能梯度材料(FGM),并在氩气气氛中600℃进行了热处理。试验采用Wakashima模型设计梯度成分,发现当成分分布指数p=2时更容易爆炸固结成功。随着Cu含量的增加,Mo/Cu功能梯度材料各层的相对密度由纯Mo层的94.2﹪到纯Cu的98.4﹪逐渐递增,即密度沿厚度呈梯度变化,整体密度超过理论密度的95﹪;硬度值呈抛物线下降,当Cu含量超过40﹪时,材料的硬度值下降得越来越快。Mo/Cu功能梯度材料各过渡层的电导率介于Mo与Cu之间,随着Cu含量的增加而更接近于Cu,但整体Mo/CuFGM的电导率较任一过渡层的Mo-Cu合金都要低。FGM-1层和FGM-2层的剪切强度为214.8MPa,这一层断裂表面凸凹不平,颗粒大小也不太均匀,是以晶间断裂为主。Mo/CuFGM过渡层的热导率介于Mo和Cu之间,FGM第3层、FGM第4层的热导率分别为204.76W·m-1·K-1和249.71W·m-1·K-1,随着Cu的增加,热导率有所升高。
本文采用爆炸固结制备了W(Mo)/Cu和W(Ta)/Cu功能梯度材料。试验采用Wakashima模型设计梯度成分,发现当成分分布指数p=2时,样品的性能优于P=1.5。增加爆炸压力后,样品的性能有所提高。试样放置的时候采用Cu面向冲击波有助于样品的爆炸固结,而采用W合金面向冲击波则不能固结成型。在W中添加Mo和Ta都可以形成W/Mo和W/Ta合金,并且随着Mo和Ta体积百分含量的增加,合金层的相对密度、硬度和电导率逐渐提高,当Mo和Ta的体积百分含量分别为40﹪和20﹪时,合金层的相对密度超过90﹪。随着Cu含量的增加,样品各层的相对密度、电导率逐渐提高,硬度呈抛物线逐渐下降。当加入体积比为20﹪的Ta时,W/Ta合金层的相对密度明显超过第二层,但是硬度和电导率都明显低于第二层。
本文还研究并成功设计了测试W合金/Cu功能梯度材料的韧脆转变温度的装置。该装置采用电阻加热的方式,工作温度为室温~500℃。该装置不但可以测试W合金/Cu功能梯度材料的韧脆转变温度,还可以测试其在不同温度下的断裂韧性和硬度值。