随着国际热核聚变实验堆(ITER)计划的进行和示范性核聚变发电站(DEMO)设计被提到日程上来，作为核聚变堆中面向等离子体材料和部件的研究也备受人们关注。钨及其合金由于具有高熔点、高导热率、低的溅射产额和低的氚滞留性能等，成为面向等离子体材料的最优候选材料。由于面向等离子体材料其工作环境的要求相当的苛刻，面向等离子体的钨要承受等离子体的轰击损伤，和10～15MW/m2的高热流，作为冷却部分的部件需工作在600～700℃的高温状态。由于钨材料在稳态热流下的工作温度范围是200～1300℃，要使钨材料在如此高的热流下能够正常服役，需对钨材料的性能进行改善。钨材料在循环高热流的冲击下会出现结构的破坏，宏观上结构的破坏是由于微观结构的裂纹萌生及裂纹扩展决定的。因此，加入阻碍裂纹扩展的第二相可有效改善钨材料的抗热冲击性。关于在钨中添加TiC来提高钨的高温强度和抗烧蚀性的研究已有进展，认为TiC弥散强化钨是一种潜在的超高温材料，但对于添加TaC弥散强化钨的热学性能的报道相对较少。鉴于此，本文使用SPS方法制备了添加纳米TaC的烧结钨块，并用管式炉加热和常温氩气冷却，并循环多次的方式对其进行热冲击试验。通过比较不同含量的纳米TaC和不同的冲击次数的烧结钨块力学性能的变化，来研究TaC含量和冲击次数对烧结钨力学性能的影响。
所使用的为GW010钨粉，其粒径为1μm，含氧量为0.1%。纳米碳化钽粉是使用液相法制备得到的，其粒径约为50nm，混合粉分散前有一定的团聚，残余碳量小于5%。称取20g钨粉向其中分别加入质量分数为0、0.5%、1%、2%和4%的纳米碳化钽粉，将各成分的粉体进行机械球磨混粉。球磨采用不锈钢并加有尼龙内衬的球磨罐，用Φ8mm×10mm的纯钨棒作为磨球，球磨转速为150r/min，球料比为10∶1(质量比)，球磨5h。在球磨过程中，为了防止粉末在球磨过程中氧化，预先将球磨罐抽真空，再充入高纯氩气(纯度≥99.99%)作为保护气体。将混合后的粉末装入内径为20mm、外径为50mm的高强度石墨模具中，在模具和粉末之间垫有石墨纸，以上整个过程都在充有氩气的手套箱中完成。放电等离子烧结炉型号为SPS1050，将充有混合粉的模具装入烧结炉中进行烧结，烧结的工艺条件为：在真空中，从室温以100℃/min升温至1500℃，然后以50℃/min升温至1600℃，保温1min，随炉冷却，烧结时的最大压力为50MPa。对制备好的试样进行热冲击试验，热冲击的过程是将试样放到管式炉中加热到800℃保温5min，然后充入氩气冷却，冷却10min，反复这样操作50、100、150次。
经过热冲击后TaC弥散强化钨的相对密度会降低，且随着热冲击次数的增加，其相对密度下降的幅度就会越大；热冲击后相对密度的大小还与TaC含量有关，随TaC的增多，其相对密度下降的幅度就会越大。所以，在冲击150次TaC含量为4%时得到了最低的相对密度(94%)。TaC弥散强化钨经过热冲击后会出现循环硬化现象，即维氏硬度随热冲击次数的增加会增大，且维氏硬度的循环硬化率随TaC含量的增多也会提高。在热冲击150次时得到的硬度是最高的，当TaC为4%时SPS烧结钨的硬度达到了1300HV0.1/10。50次热冲击后TaC弥散强化钨的抗弯强度提高，当TaC为1%时得到了最大的抗弯强度1103MPa；当TaC为4%时由于热冲击后试样内部存在着热裂纹导致抗弯强度急剧下降，从1082MPa降低到了560MPa，降低了48.24%。（榕霖）




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