[发明专利]一种利用放电等离子体烧结技术一体化成型的钨铜穿管部件

说明书

本发明公开了一种利用放电等离子体烧结技术一体化成型的钨铜穿管部件，所述钨铜穿管部件为空心管状结构，由内至外依次为Cu层、W‑Cu层和W层；最内层Cu层的内径为最外层W层的外径为Cu层、W‑Cu层和W层的径向厚度比例为2:3:7。本发明方法具有烧结时间短，升温速度快，可以直接作出偏滤器穿管部件，此方法穿管部件一体化成型，不用后续焊接等造成的缺陷。在980℃时的抗拉强度可以达到186MPa，中间层的硬度大约在200HV左右。

技术领域

本发明属于核聚变装置领域，具体涉及一种利用放电等离子体烧结技术一体化成型的钨铜穿管部件。

背景技术

能源危机一直是人类面临的棘手的问题，对新能源的研究开发是解决问题的关键。对于新能源，核能的资源丰富，且属于低耗能源，核能的释放方式分为核裂变和核聚变，核裂变释放的物质会污染环境，因此核聚变成为了最理想的新能源。受控核聚变有两种方式，包括惯性约束核聚变和磁约束核聚变。

偏滤器是托卡马克中的重要组成部件。在聚变装置中，偏滤器承受着严峻的服役条件。其中包括热冲击、辐照、辐射等。这就需要对偏滤器进行保护。由面对等离子体材料(W)和热沉材料(Cu)组成的钨铜穿管对偏滤器进行保护。而钨铜穿管部件通常有外层W块、过渡层、铬锆铜连接制成的结构。制备工艺复杂。由于穿管部件不是一体化成型，接口处容易脱落，开发一体化成型的钨铜穿管部件十分必要。

发明内容

为了解决钨铜穿孔部件容易脱落的问题，本发明旨在提供一种利用放电等离子体烧结技术一体化成型的钨铜穿管部件。

所述钨铜穿管部件为空心管状结构，由内至外依次为Cu层、W-Cu层和W层。最内层Cu层的内径为最外层W层的外径为Cu层、W-Cu层和W层的径向厚度比例为2:3:7。

所述W-Cu层是由W粉和Cu粉按照质量比1:1的比例混合复配构成，其中W粉的粒度为5um，铜粉的粒度为35um。

本发明利用放电等离子体烧结技术一体化成型钨铜穿管部件的方法，包括如下步骤：

步骤1：混粉

将W粉和Cu粉按质量比1:1的比例加入混粉机中混粉5个小时，获得W-Cu粉；

步骤2：铺粉

首先利用内径为的模具，向其中填充Cu粉，进行预压使其初步成型获得直径为的圆柱状铜层；然后使用内径为的模具(的模具配套有一个的底模压头)，填充W-Cu粉，预压后直接形成空心的外径为16mm、内径为10mm的W-Cu层(目的是为了保证W-Cu层与铜层的高度一致)；将W-Cu层与铜层整合到一起放入的模具中，利用的模具，在中间层W-Cu层的外部填充W粉，随后整体进行预压，(填充的W粉厚度超过W-Cu层以及铜层，后续可以用线切割把最外层切掉)预压载荷100MPa左右。

步骤3：烧结

将步骤2充粉预压后的的模具放入放电等离子烧结(SPS)中，施加一定的压力预压，待真空度达到10^-1Pa以后，设置程序升温烧结。

烧结温度为900-980℃，保温时间为10min；烧结过程中的压力设置为50MPa。烧结过程中，温度达到600℃之前的升温速率设置为100℃/min，温度达到600℃之后的升温速率设置为50℃/min。

步骤4：成型

将步骤3获得的烧结样品打孔，孔径为随后送样按照常规方法加工获得外部的W-Y₂O₃层，比如北京安泰天龙钨钼有限公司即可进行相关的加工工艺操作。

本发明的有益效果体现在：