期刊名称：《中国钨业》
国内统一刊号(CN)：CN11-3236/TF 国际标准刊号(ISSN)：ISSN1009-0622 创办日期：1986年 刊 期：双月刊 电 话：0797-8106067 网址：zgwu@chinajournal.net.cn
主管部门：中国有色金属工业协会 主办单位：中国钨业协会
针对纯钨（W）固有室温脆性、低断裂韧性及高温再结晶脆化等制约其极端环境应用的瓶颈问题，钨纤维增韧钨基复合材料（W_f/W）被设计为新型结构功能一体化材料。本文系统评述W_f/W复合材料的核心制备工艺（粉末冶金、化学气相渗透、热机械轧制复合等）、关键服役性能（宽温域力学、抗辐照特性、热物理及氘滞留行为）与应用前景。通过纤维桥联、拔出及界面脱黏等增韧机制，W_f/W复合材料在显著提升断裂韧性与损伤容限的同时，亦可有效保持钨基体高熔点、高导热及抗辐照特性以及高温下的抗蠕变与抗疲劳特性。但是，W_f/W复合材料界面热适配、氘渗透及纤维三维均匀排布等难题有待突破。未来W_f/W复合材料在核聚变堆第一壁/偏滤器关键部件、空天热端结构等国家重大工程领域具备不可替代的应用价值。
钨铜复合材料具有高温强度高、导电导热性好、抗电蚀性好、热膨胀系数低等优良性能，广泛应用于高压电器真空开关触头、电磁轨道炮导轨、火箭喷管喉衬、电加工电极等重点高端技术领域。本文综述了金属热还原法制备钨铜复合材料研究进展，主要包括铝热还原、铝镁复合热还原及铝硅复合热还原法制备钨铜复合材料，重点研究原位合成强化相、原位添加微合金化元素、关键工艺参数（还原剂成分、原料粒度、分散剂、混料方式、造渣剂等）对钨铜微观组织中钨颗粒尺寸、均匀度、Cu/W界面、强化相尺寸分布的影响规律。该研究对钨铜复合材料组织性能提升及短流程绿色制备技术发展具有重要意义。
为了提升钨铜（W-Cu）复合材料的力学性能，基于层状复合材料的设计理念，采用钨箔和铜箔的交替叠层，经放电等离子烧结制备出了一系列W/Cu层状复合材料。同时，观察了复合材料的微观组织并分析了烧结温度、加载方式和层厚对复合材料弯曲性能以及断裂机制的影响。结果表明，不同温度下烧结的复合材料中W/Cu界面结合良好，没有孔洞、裂纹等缺陷。其中，钨层的微观结构与初始轧制态钨箔的类似，均保留了细长纤维状的晶粒组织；而铜层中形成了粗大的再结晶晶粒，并且随着烧结温度的升高不断长大。当烧结温度为800℃时，复合材料具有最优的力学性能，抗弯强度可达1 652 MPa。W/Cu的界面脱黏和Cu层的塑性变形是复合材料的主要韧化机制。复合材料在更厚的Cu层下具备更优的伪韧性。
传统大尺寸钨基块体材料通常采用冷等静压结合高温烧结的工艺进行制备。目前，湿化学法虽能够批量制备Y_2O_3颗粒弥散分布的超细W-Y_2O_3复合粉体，但由于其粉体特性较差，导致相应冷等静压生坯的质量存在明显差别。本文通过粉体级配混粉方法，通过调控粉体颗粒的粒径分布，并且在级配混粉过程中可使原W-Y_2O_3粉体中的软团聚体部分破碎，进一步改善粉体特性，从而在后续的压制过程中，达到间接调控粉体压制特性的作用。系统研究了W-Y_2O_3复合粉体与不同粒径、不同含量的纯钨粉的级配对粉体密度、生坯压缩性、成形性以及烧结均匀性的影响。研究结果表明，W/W_2-Y_2O_3和W/W_5-Y_2O_3级配粉体（其中W_2和W_5分别为粒径2??m和5??m的纯钨粉），生坯密度可提高6%～10%，其中W/W_2-Y_2O_3的生坯抗弯强度提升了37%，显著改善了超细W-Y_2O_3生坯的质量，并有效提升了烧结块体的力学性能和结构均匀性。本研究为大尺寸W-Y_2O_3复合材料的制备提供了重要理论参考。
Mo-Cu复合材料具有良好的导热性、高强度、高硬度和耐电弧烧蚀性，同时具有低热膨胀系数等特点，其应用有望成为满足电接触、真空微电子器件及微波通讯等领域迫切需求的有效解决方案。为探索高性能钼铜复合材料的规模化制备路径，本研究采用湿化学法制备了Mo-20Cu复合粉体及其复合材料，探究了不同煅烧温度对前驱体还原后粉末形貌的影响，并分析了Mo-20Cu复合材料的微观组织和性能。结果表明，采用湿化学法制备Mo-20Cu浆料，通过喷雾干燥法获得球壳状前驱体；将前驱体在400℃煅烧后还原得到具有钼包覆铜结构的复合粉末，进一步通过氢气还原获得钼包覆铜的Mo-20Cu复合粉末；采用模压成型，并通过高温液相烧结制备出铜网络均匀分布的Mo-20Cu复合材料；在1 300℃的烧结温度下，块体保持约97.6%的高致密度，复合材料的综合性能最佳，其硬度达到182 HV、抗弯强度为971 MPa、热导率为171 W/（m·K）、热膨胀系数为8.35×10~(–6)/℃。
W基与Zr C基金属陶瓷燃料已被初步证明满足核热推进的工况需求，因此采用W-Zr C合金作为燃料基体具有较大的潜在价值。本研究采用放电等离子烧结技术制备了不同ZrC添加量的W-ZrC合金，研究了Zr C添加量对合金热稳定性、力学性能及微观结构的影响，选择最佳Zr C添加量的合金制备了金属陶瓷燃料，并研究了其燃料相容性。结果表明：Zr C添加范围为0.5%～1.0%（不含1.0%，质量分数）的合金综合性能最好，表现出至少1 400℃真空退火1 h的热稳定性。700℃时W-0.5Zr C的极限抗拉强度和延伸率分别为363 MPa和14.7%，比纯W的320 MPa和5.8%分别高出14%和153%。此外，W-0.5ZrC在500℃以上表现为塑性断裂。燃料填充率为5%（体积分数）的W-0.5Zr C基金属陶瓷燃料具有高达96.2%的致密度，并保持了燃料颗粒结构的完整性。
为满足核聚变堆面向等离子体材料对高导热性能的需求，本研究通过粉末冶金结合高温旋锻工艺制备了不同Y_2O_3体积分数（1%～3%）及不同变形量（ε=1.39、1.75）的钨钇合金棒材，探究Y_2O_3含量及旋锻变形量对钨钇合金（W-Y_2O_3）热导率的影响。结果表明：Y_2O_3的引入可显著细化晶粒，但因其低热导率及界面散射效应，合金热导率随Y_2O_3含量增加而降低；增大变形量（ε=1.75）可优化合金微观结构，减少孔隙率，有利于热导率的提高，尤其在低温区（≤200℃）效果显著。研究揭示了Y_2O_3含量与旋锻变形量对热导率的影响机制，为平衡W-Y_2O_3合金优良的力学性能与导热性能提供理论依据，对其在聚变堆极端环境中的应用具有重要参考意义。
纯钨浆料导电性能难以满足大功率器件的需求，本研究采用化学镀铜工艺，在钨粉颗粒表面制备均匀的铜包覆层，得到铜分布均匀的钨铜复合粉体，并以此为原始粉体制备钨铜浆料。采用X射线衍射、扫描电镜等手段研究了铜盐浓度、镀液与钨粉的比例对粉体包覆效果的影响，通过四探针测试仪分析了铜含量对钨铜浆料导电性能的影响规律。结果表明，当Cu SO_4·5H_2O浓度为15 g/L时，钨粉表面形成了完整的铜包覆层；通过调节镀液体积，制备了铜含量为10%～25%的钨铜复合粉体。将复合粉体制备成浆料并高温共烧后，进行导电性测试。结果表明，适量的铜能够显著改善浆料的导电性，而过高的铜含量则导致导电性下降。当铜含量为10%时，钨铜浆料的方阻值达到最低（15 m??/）。研究结果可为提升钨基浆料的导电性提供新的途径与技术支撑。
W-Ni-Fe合金是一种以W为基体，添加Ni、Fe等低熔点过渡族金属元素形成的双相复合材料，兼具有高强度、高延展性、优异冲击韧性及耐环境腐蚀特性等综合特征，广泛应用于现代军工工业和民用工业领域。本研究针对93W-4.9Ni-2.1Fe合金体系，创新性开发基于“碳热还原+氢气还原”的两步还原法用于制备超细W-Ni-Fe复合粉末。以纳米炭黑和WO_3、NiO和Fe_2O_3为原料，通过精准调控碳氧摩尔比进行“缺碳还原”，预还原产物中保留的少量Fe WO_4和WO_2可以有效控制残余碳含量，随后通过“氢气还原”清除残余氧，实现了超细W-Ni-Fe复合粉末的制备。基于该超细W-Ni-Fe复合粉末经液相烧结制备的高性能93W-4.9Ni-2.1Fe合金几乎完全致密且具有双相结构特征，此合金具有优异的力学性能：相对密度为99.8%、抗拉强度为943 MPa、延伸率为21.6%。本研究通过丰富的表征手段，深入解析了合金的塑性变形机制和断裂失效过程。
本研究以高能球磨与放电等离子烧结技术结合制备钨铬合金，通过调整球磨参数获得所需合金粉体，并对机械球磨的合金粉体进行XRD、粒度分析等表征测试。合金粉末在1 500℃放电等离子烧结4 min获得所需合金样品，采用维氏硬度计、XRD、SEM等对烧结后块体进行硬度、晶粒尺寸等基本性能表征。针对所制备样品开展氦等离子辐照试验，选用5×10~(23)、5×10~(24)及1×10~(25) He/m~2 3组不同辐照剂量。采用高分辨场发射扫描电子显微镜与聚焦离子束对辐照后样品表面形貌及截面形貌进行表征，分析不同辐照剂量及铬的添加对钨铬合金表面形貌的影响。研究表明：Cr的添加使得块体晶粒尺寸变小，穿晶断裂面积增加，并有效提高块体硬度。钨和钨铬合金表面损伤均随着辐照剂量的增大而逐渐严重，但是Cr的添加显著提升了样品的抗等离子体刻蚀能力。
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