[发明专利]一种热核聚变用钨/铜层状复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种热核聚变用钨/铜层状复合材料的制备方法，该方法包括：一、选取尺寸相同的钨片和无氧铜片进行清洗处理；二、将经清洗处理后的钨片进行磁控溅射得到镀铜膜钨片；三、将镀铜膜钨片以铜膜为接触面与经清洗处理后的无氧铜片叠放，然后进行热压复合得到钨/铜层状复合材料。本发明通过将磁控溅射工艺与热压复合工艺结合，实现了对铜膜厚度的精确控制，无需对铜膜进行机加和找正，节约制备时间的同时提高了钨/铜层状复合材料的尺寸精度，提高了钨片与无氧铜片的结合强度，保证了钨/铜层状复合材料具有较高的结合强度和热疲劳寿命，适用于热核聚变领域。

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，具体涉及一种热核聚变用钨/铜层状复合材料的制备方法。

背景技术

国家的经济发展和国计民生都以能源为基石，但是随着世界范围内科学技术和工业建设的扩张式发展，全球性的传统能源危机(比如煤、石油、天然气等)已日趋严重，解决能源问题迫在眉睫。人们迫切希望并且正在全力探索和开发新型能源系统，核能的出现为解决上述问题带来了曙光。核聚变堆由于其具有原料资源丰富，无环境污染等优点，或将成为人类未来依赖的主要能源之一。磁约束核聚变(托卡马克)目前被认为是最有前途的可控核聚变方式。托卡马克装置是一种利用磁约束和真空隔绝热来实现受聚控核聚变的环形容器，在其内部中子辐照强度高达14MeV，高能中子流冲击再结构材料内部能产生高达200dpa原子离位微损伤，直接包容高温等离子体真空区部件称为面对等离子体部件(PFC)。PFC需要承受聚变堆高热负荷、高粒子通量和中子负载的苛刻条件，其主要由面对等离子体材料(PFM)和热沉材料(HSM)两部分组成。其中，PFM要求具有耐高温、低贱射、低氢(氚)滞留及与结构材料兼容的特点，钨具有高熔点、低的蒸汽压、低的溅射率和低的氚滞留等特点，故被用作为面对等离子体材料。PFM承受高的热载荷，容易在高温下失效，为了使反应堆整体能够良好的运转，要选择一种导热性能好的材料把PFM上的热量及时的传递出去，这种起到散热的作用的材料就称为热沉材料。Cu具有高热导率，高导电性等优点，其作为热沉材料已得到广泛研究，因此选用铜作为热沉材料。钨/铜层状复合材料是目前公认的核聚变反应堆最具有前途的一类面向等离子部件，其不仅被用在ITER偏滤器中，而且WEST和EAST项目中也均选用钨/铜层状复合材料作为面向等离子部件，随着核聚变项目不断开发，对于面向等离子部件需求也是逐年增长。综上所述，钨/铜层状复合材料具有广阔的应用前景。

单纯的钨片和铜片很难直接复合到一起，往往需要通过特殊工艺进行复合，目前常见的钨/铜层状复合材料制备方法通过熔铸的方法在钨片表面制备铜膜，然后又要通过复杂的机加技术将铜膜找正并加工至一定厚度，最后将钨片与铜片复合到一起，此方法操作难度高并且通过熔铸在钨片表面制备的铜膜在其后续加工处理过程中容易氧化，导致材料结合强度下降，降低其使用寿命。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种热核聚变用钨/铜层状复合材料的制备方法。该方法通过将磁控溅射工艺与热压复合工艺结合，实现了对铜膜厚度的精确控制，无需对铜膜进行机加和找正，节约制备时间的同时提高了钨/铜层状复合材料的尺寸精度，提高了钨片与无氧铜片的结合强度，保证了钨/铜层状复合材料具有较高的结合强度和热疲劳寿命，适用于热核聚变领域。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种热核聚变用钨/铜层状复合材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、选取尺寸相同的钨片和无氧铜片并分别进行清洗处理；

步骤二、将步骤一中经清洗处理后的钨片放入闭合场非平衡磁控溅射镀膜设备中进行磁控溅射，在经清洗处理后的钨片的表面形成铜膜，得到镀铜膜钨片；

步骤三、将步骤三中得到的镀铜膜钨片以铜膜为接触面与步骤一中经清洗处理后的无氧铜片叠放，然后放入热压模具中进行热压复合，得到钨/铜层状复合材料。