[发明专利]一种强韧性Wf

说明书

本发明提供了一种强韧性W_f/W复合材料，原料包括W_f、W粉和镀膜W_f；所述W_f采用掺钾钨纤维，直径100～300μm，长度2～4mm；所述W粉采用钨粉，粒径5～10μm；所述镀膜W_f采用表面结合有BN膜的掺钾钨纤维，其中的掺钾钨纤维直径100～300μm，长度2～4mm。本发明还提供了一种强韧性W_f/W复合材料的制备方法。本发明利用分别能与W基体结合产生强界面的W_f和产生弱界面的镀膜W_f来共同复合W基体；其中，W_f与W基体结合产生的强界面能够提高复合材料基体的强度，镀BN膜W_f与W基体结合产生的弱界面能够提高复合材料基体的韧性。

技术领域

本发明涉及材料领域，尤其涉及一种强韧性W_f/W复合材料及其制备方法。

背景技术

钨因为具有熔点高、蒸气压低、热膨胀率低、强度高和氕氘氚滞留率低等优点，目前被认为是聚变领域最具前景的面向等离子体材料。但钨本身也有其局限性，最主要的就是它的本征脆性。

以国际热核聚变实验堆(ITER)中偏滤器的穿管型钨靶模块(W/Cu/CuCrZr) 为例，在其承受20MW/m²热负荷时，钨靶模块表面温度超过2000℃，钨靶表面与热沉铜管之间将产生约1500℃的温差，从而导致较大的热应力出现，可能造成偏滤器钨靶模块开裂。而目前正在工程设计的中国聚变工程实验堆 (CFETR)，其偏滤器将承受更高的稳态热负荷，可达到40MW/m²，产生的热应力更大。因此，仅靠一般纯钨的性能不足以承受未来聚变堆所产生的热负荷，对钨的组分结构进行设计以提高钨的强度和韧性是钨作为未来聚变堆面向等离子体材料的前提。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种能兼具强度和韧性的强韧性 W_f/W复合材料及其制备方法。

本发明采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种强韧性W_f/W复合材料，原料包括W_f、W粉和镀膜W_f；所述W_f采用掺钾钨纤维，直径100～300μm，长度2～4mm；所述W粉采用钨粉，粒径5～10μm；所述镀膜W_f采用表面结合有BN膜(氮化硼膜)的掺钾钨纤维，其中的掺钾钨纤维直径100～300μm，长度2～4mm。

作为本发明的优选方式之一，所述原料中，W_f和镀膜W_f的总质量分数为 10～50％，且其中，W_f和镀膜W_f的质量比为1:4、2:3、3:2或4:1，余量为W粉。

作为本发明的优选方式之一，所述W_f和镀膜W_f中掺钾钨纤维的掺钾量为 60～75ppm。

作为本发明的优选方式之一，所述W_f/W复合材料中，W_f与W基体结合产生强界面，镀膜W_f与W基体结合产生弱界面。其中，强界面，一般是指纤维基体的界面结合强度高，当复合材料受到外力作用时，界面依旧紧密结合，纤维没有脱黏拨出现象发生，能起到很好地增强作用。弱界面，一般指纤维基体的界面结合强度弱，当复合材料受到外力时，界面易被破坏，纤维出现脱黏拔出现象，从而起到了很好地增韧作用。

一种上述强韧性W_f/W复合材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)镀膜W_f的制备

①用浓硝酸浸泡W_f，然后用超声清洗表面，得到表面处理的W_f；