CN111975005A - 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 - Google Patents
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Abstract
Description
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
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
本发明的有益效果体现在:
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。
附图说明
图1是本发明钨铜穿管部件的结构示意图。
图2是利用SPS烧结获得的样品。其中(a)为900℃烧结样品,有明显的缺陷;(b)为980℃烧结样品。
图3是显微硬度图。中间层的硬度在200HV左右。
图4是烧结样品的应力应变曲线图。其中(a)为900℃的应力应变曲线图;(b)为950℃的应力应变曲线图;(c)为980℃的应力应变曲线图。从图4(a)、(b)中的应力应变曲线图中可以看出在900℃以及950℃时结合力不行与图2(a)相照应,从图4(c)中可以知道抗拉强度为186MPa。
具体实施方式
实施例1:
本实施例中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如下:
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
烧结温度设置为900℃,保温时间10分钟,压力设置为50MPa。烧结过程中,600℃之前升温速率为100℃/min,600℃保温5分钟,600℃以后升温速率为50℃/min,900℃保温5分钟。从图4(a)中可以看出,在900℃的温度下进行的烧结的样品结合力不行,基本上是纯铜的应力应变曲线图。
步骤4:成型
实施例2:
本实施例中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如下:
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。烧结温度设置为950℃,保温时间10分钟,压力设置为50MPa。烧结过程中,600℃之前升温速率为100℃/min,600℃保温5分钟,600℃以后升温速率为50℃/min,950℃保温5分钟。从图4(b)中可以看出在950℃的温度下进行的烧结的样品结合力不行,基本上是纯铜的应力应变曲线图。
步骤4:成型
实施例3:
本实施例中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如下:
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
烧结温度设置为980℃,保温时间10分钟,压力设置为50MPa。烧结过程中,600℃之前升温速率为100℃/min,600℃保温5分钟,600℃以后升温速率为50℃/min,980℃保温5分钟。从图4(c)中可以看出,在此温度下烧结出来的样品的抗拉强度为186MPa。
步骤4:成型
Claims (6)
2.根据权利要求1所述的钨铜穿管部件,其特征在于:
Cu层、W-Cu层和W层的径向厚度比例为2:3:7。
3.根据权利要求1或2所述的钨铜穿管部件,其特征在于:
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;W粉的粒度为5um,铜粉的粒度为35um。
4.根据权利要求1或2所述的钨铜穿管部件,其特征在于所述钨铜穿管部件是通过包括如下步骤的方法制备获得:
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,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;将W-Cu层与铜层整合装配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;
步骤3:烧结
步骤4:成型
5.根据权利要求4所述的钨铜穿管部件,其特征在于:
步骤3中,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。
6.根据权利要求5所述的钨铜穿管部件,其特征在于:
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。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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