中科院固體所在核材料制備研究方面取得新進展
　　近期，中科院合肥物質(zhì)科學研究院固體物理所內(nèi)耗與固體缺陷實驗室方前鋒課題組在鎢基材料和氧化物彌散強化（ODS）鐵素體鋼的制備和性能表征研究方面取得新進展。研究人員連續(xù)在核材料領(lǐng)域的主流期刊《核材料雜志》（Journal of Nuclear Materials）上發(fā)表4篇學術(shù)論文。

　　鎢基材料由于具有高熔點、高濺射閾值、低氚滯留、低熱膨脹系數(shù)等優(yōu)點，成為熱核聚變堆zui有希望的候選壁材料，但同時，純鎢存在室溫脆性、再結(jié)晶脆化以及輻照脆化等缺點，影響了其使用。有理論計算及實驗研究表明，納米材料由于具有大量晶界，可以吸收輻照產(chǎn)生的點缺陷，具有更好的抗輻照性能，并因此改善其脆性。因此，課題組研究人員利用微波燒結(jié)技術(shù)的升溫速率快、燒結(jié)時間短等優(yōu)點，在較低溫度（1500oC）短時間（30min）即實現(xiàn)了鎢的致密化，純鎢材料的相對密度高達95-97%，熱導率達到156 W/m K，但平均粒徑較大，為3.2 μm。為了提高致密度，在鎢中添加1wt%的Ni，可以在1450oC燒結(jié)5分鐘就制得全致密的鎢材料，熱導率達到130 W/m K，但鎢晶粒粗大，達到了15 µm。為了細化晶粒及提高鎢的高溫性能，研究人員在鎢中添加1wt%高熔點的納米氧化物（如La2O3、Y2O3等），制備了高致密且晶粒細小的氧化物彌散鎢基材料（ODS-W，如圖1所示）。其中Y2O3納米顆粒彌散的鎢材料在細化晶粒、致密化以及強化方面的效果，其平均粒徑為0.7μm，致密度為97%，熱導率達到130 W/m K，硬度比純鎢提高30%以上。

　　納米氧化物的添加，可以有效限制高溫下鎢晶界的移動，從而抑制鎢晶粒的長大。鎢基材料的相關(guān)研究為提高鎢的再結(jié)晶溫度、高溫力學性能以及抗輻照性能奠定了很好的基礎(chǔ)。

　　此外，方前鋒課題組在鎢銅功能梯度材料研究方面也取得一定進展，利用純鎢和純銅的微米粉體并采用微波燒結(jié)法成功制備出了致密的鎢/銅梯度材料（共5層），富銅層的相對密度達到99%以上，銅包覆鎢形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，而純鎢層的相對密度也達到了93%，其室溫熱導率達到210W/mK，遠高于純鎢的熱導率。

　　隨著第四代反應堆和聚變堆的發(fā)展，對結(jié)構(gòu)材料提出更高的性能要求，如高的抗輻照性能、蠕變性能、耐腐蝕性能等。氧化物彌散強化（ODS）鐵素體鋼作為一種新的結(jié)構(gòu)材料，可以滿足更高的使用溫度（~1000℃）的要求。對此，課題組研究人員采用溶膠凝膠-還原的方法制備鋼合金粉體，利用放電等離子燒結(jié)爐（SPS）成功制備了直徑為50mm的14Cr-ODS鋼塊樣品（200g）。其中，平均粒徑為55 nm、粒子數(shù)密度為3.2×1019 m-3 的氧化物Y2Ti2O7顆粒均勻分散在鋼的基體中（如圖2所示）。其室溫抗拉強度達到1070MPa，均勻伸長率15%，達到了*水平。

　　此研究工作得到了ITER國內(nèi)配套專項、國家自然科學基金、中科院知識創(chuàng)新工程和核能先導專項的支持。