CN103406658B - 一种大尺寸钨铜面向等离子体部件制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于能源材料领域，涉及一种大尺寸钨铜面向等离子体部件的制备方法。其特征是以10～30mm厚的铜或铬锆铜为基板，0.25～0.5mm厚纯钨板为覆板，采用平行安装的爆炸方法，药盒尺寸与覆板相同，采用岩石膨化硝铵炸药，密度1.0g/cm3，爆速约为2000～2300m/s，单位面积装药量1.0g/cm2。安装间隙为3～5mm，以沙土为基础，短边中间起爆。该方法可以实现大面积焊接，可以在瞬间将钨铜这两种弹性模量、硬度、热膨胀系数、熔点等性能差异巨大的材料强固地焊接在一起；且所用能源为炸药，廉价易得，工艺简单，易于操作。

Description

一种大尺寸钨铜面向等离子体部件制备方法
技术领域：
本发明属于能源材料领域，特别提供了一种钨铜面向等离子体部件的制备方法。
背景技术：
能源日益短缺是世界经济发展所要面临的主要问题，而聚变能由于资源充裕和环境友好成为人类社会未来理想能源。在核聚变装置中，材料的选择与制备已成为要解决的重要问题之一。核聚变托卡马克面向等离子体部件（Plasmafacingcomponents，简称PFC）包含两个部分：面向等离子体材料（Plasmafacingmaterial,简称PFM），PFM所处环境非常苛刻，要承受高能粒子（α粒子、H中子等的轰击）、高热流冲击和高温等离子体的辐照；热沉材料（Heatsinkmaterial），作为传热层需要极高的热导率，可迅速传递热量。其中钨具有较高的熔点、较低的溅射率以及良好的热机械性能和抗等离子冲刷能力，已被未来热核聚变装置选作偏滤器面向等离子体材料；CuCrZr由于具有较高的热导率和良好的焊接加工性能，及在热核聚变装置的预期运行温度范围内能保持较高的强度，而被选作偏滤器热沉材料。
由于钨和铜的弹性模量相差近三倍，热膨胀系数相差四倍，熔点相差约2300℃，导致两种材料连接和服役过程中，界面处会产生高的热应力，选择合适的连接技术有利于提高服役寿命。采用爆炸焊接技术，可以实现大面积焊接，且所用能源为炸药，廉价易得，工艺简单，易于操作。爆炸焊接最大的特点是能够在瞬间将任意的金属组合强固地焊接在一起。
爆炸焊接适用于广泛的金属组合，如熔点差别很大的金属、热膨胀系数差别很大的金属和硬度差别很大的金属。如图1所示，爆炸焊接又称爆炸复合，是利用炸药爆炸瞬间产生的巨大能量作为能源产生塑性变形、熔化，并达到原子间结合的一种崭新焊接技术。依靠爆炸产生的冲击和磨擦作用把待焊金属表面的氧化膜破碎并清除，使新鲜的金属表面裸露，利用爆炸产生的高压脉冲载荷推动两种金属高速撞击而焊接在一起。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种大尺寸（150×150mm）钨铜面向等离子体部件的制备方法，具体为利用爆炸焊接的方法连接钨（面向等离子体材料）和铜（热沉材料）这两种性能差异巨大的材料。该方法可以实现大面积焊接，可以在瞬间将钨铜这两种弹性模量、硬度、热膨胀系数、熔点等性能差异巨大的材料强固地焊接在一起；且所用能源为炸药，廉价易得，工艺简单，易于操作。
本发明是通过以下的技术方案实现的：
以10～30mm厚的铜或铬锆铜为基板，0.25～0.5mm厚纯钨板为覆板，采用平行安装的爆炸方法，药盒尺寸与覆板相同，采用岩石膨化硝铵炸药，密度1.0g/cm3，爆速约为2000～2300m/s，单位面积装药量1.0g/cm2。安装间隙为3～5mm，以沙土为基础，起爆器安装在覆板短边的中间位置起爆。
附图说明：
图1是利用本发明方法制备装置及焊接过程示意图。
a)是安装位置
b)是焊接过程
其中：1-炸药;2-缓冲区;3-覆板;4-基板;5-基础;6-起爆器；7-爆炸产物;8-再入射流;s-基覆板安装间距;VD-炸药爆速;VP-覆板运动速度;VCP-碰撞点运动速度;c-碰撞点。
图2是本发明制备的钨铜部件连接界面外观。
具体实施方式
实施例1
覆板为用于面向等离子体材料的纯钨板（轧制），基板为用作热沉材料铬锆铜，具体参数如表1所示。铬锆铜的化学成分及物理性能如表2所示。
表1W-CrZrCu金属焊接板的尺寸
表2铬锆铜的化学成分及物理性能
其制备方法：
药盒尺寸与覆板相同，采用平行安装的爆炸方法，采用岩石膨化硝铵炸药,密度1.0g/cm3，爆速约为2000～2300m/s，单位面积装药量1.0g/cm2。安装间隙为5mm，以沙土为基础，短边中间起爆。

Claims (1)

1.一种大尺寸钨铜面向等离子体部件制备方法，其特征是：在瞬间将钨/铬锆铜这两种弹性模量、硬度、热膨胀系数、熔点性能差异巨大的材料强固地焊接在一起，具体制备方法为：
(1)以30mm厚的铬锆铜为基板，0.25mm厚轧制纯钨板为覆板，采用平行安装的爆炸方法，药盒尺寸与覆板相同，采用岩石膨化硝铵炸药，密度1.0g/cm3，爆速为2000～2300m/s，单位面积装药量1.0g/cm2；安装间隙为5mm，以沙土为基础，采用短边中间起爆方式；
(2)焊接后钨/铬锆铜界面实现锯齿状咬合连接，结合强度大于1000MPa。
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