專(zhuān)利名稱(chēng)：一種W/Cu復(fù)合構(gòu)件的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于耐高溫、耐腐蝕、防輻射復(fù)合材料領(lǐng)域，特別是涉及一種W/Cu復(fù)合構(gòu)件的制備方法，主要用于爐體、核、射線屏蔽等方面的材料，尤其是核聚變反應(yīng)堆中面向等離子體用W/Cu復(fù)合構(gòu)件。
背景技術(shù)：
核聚變反應(yīng)堆中等離子體溫度高達(dá)上億度，離子 速度高、沖刷力強(qiáng)，因而核聚變堆中面向等離子體材料要具有耐高溫、抗沖刷、導(dǎo)熱性能好的特點(diǎn)，常規(guī)材料難以滿足核聚變堆的使用要求。前期核聚變反應(yīng)堆中采用的鈹、CFC (石墨)材料由于抗H離子腐蝕能力差，尤其是鈹材料有毒，無(wú)法滿足核聚變反應(yīng)堆的使用要求，需要選擇新的材料。本發(fā)明的W/Cu復(fù)合構(gòu)件為環(huán)狀結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)冷卻介質(zhì)從W/Cu復(fù)合構(gòu)件的中心孔中流過(guò)，增強(qiáng)了 W/Cu部件的散熱能力，有效降低防護(hù)材料的溫度。專(zhuān)利CN200580030241. X中采用釬焊的方法制備W/Cu復(fù)合構(gòu)件，專(zhuān)利JP8-506315采用W + Cu粉末熱等靜壓的方法制備W/Cu復(fù)合構(gòu)件。本發(fā)明的W/Cu復(fù)合構(gòu)件是一種兩層或多層結(jié)構(gòu)，通過(guò)將W塊(Mo塊)和銅或鐵結(jié)合在一起，綜合了 W的高熔點(diǎn)、耐高溫、抗離子沖刷和Cu的優(yōu)異導(dǎo)熱性的優(yōu)勢(shì)。由于熱等靜壓作用，進(jìn)一步提高W/Cu界面結(jié)合強(qiáng)度，使W/Cu復(fù)合構(gòu)件具有優(yōu)良的耐高溫、抗熱疲勞能力，提高了 W/Cu復(fù)合構(gòu)件的導(dǎo)熱能力，是新型的熱防護(hù)用材料，能滿足高熱負(fù)荷的使用環(huán)境，尤其是用于核聚變反應(yīng)堆面向等離子體材料(尤其是核聚變堆偏離器的等離子體防護(hù)材料)，以及高溫爐等設(shè)備的熱屏蔽材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種W/Cu復(fù)合構(gòu)件的制備方法，該方法制備的W/Cu復(fù)合構(gòu)件界面結(jié)合強(qiáng)度高、成本低。本發(fā)明的技術(shù)方案是通過(guò)W塊加工(W塊的相對(duì)密度> 91%)、封焊、熱等靜壓處理等步驟制備W/Cu復(fù)合構(gòu)件，其具體步驟如下A、W塊加工采用內(nèi)圓磨、銑、線切割的一種或幾種在W塊上加工出W孔；對(duì)胃孔鍍O O. 2mmNi層(W孔沒(méi)有涂層，或鍍< O. 2mmNi層)，清洗干凈；B、封焊按照W/Cu復(fù)合構(gòu)件的結(jié)構(gòu)，將Cu和W塊組合在一起，采用電子束焊接、真空釬焊、包套或金屬銅包覆的方法進(jìn)行封焊，在W塊或W孔上形成Cu層；所述的Cu層采用Cu粉末、Cu塊、Cu管制備。所述的真空釬焊是將Cu管和W塊組合在一起，在800 1050°C真空釬焊；焊料為Cu基、Ag基或Ni基釬焊。包套方法將Cu管和W塊組合在一起，放入包套，包套材料采用鋼或銅及其合金；在室溫 700°C抽真空，封焊；
金屬銅包覆方法將銅放置在W塊四周，升溫到1090 1400°C使銅液包覆W塊；該過(guò)程在真空、惰性或還原性氣體保護(hù)下進(jìn)行。所述的惰性、還原性氣體為Ar氣、H2氣、N2氣、CO、NH3的一種或幾種混合氣；C、熱等靜壓將封焊后的W/Cu組合件進(jìn)行熱等靜壓處理，處理溫度800 1070°C，壓力 2O 200MPa。本發(fā)明與國(guó)外W/Cu復(fù)合構(gòu)件制備技術(shù)相比具有界面結(jié)合強(qiáng)度高、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，成本低等優(yōu)點(diǎn)。


圖I為W/Cu復(fù)合構(gòu)件圖。其中，W塊l，Cu層2。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I :采用相對(duì)密度91%的W塊，車(chē)加工W孔，孔表面光潔度3. 2，將W塊、Cu管清洗后，組裝在一起，將CuNiMn焊料放置在W/Cu交叉部位，在1000°C真空釬焊30分鐘，釬焊好的W/Cu件，在500°C、200MPa熱等靜壓處理2h，機(jī)加工后得到W/Cu復(fù)合構(gòu)件。該工藝制備的W/Cu復(fù)合構(gòu)件的界面強(qiáng)度為133Mpa。實(shí)施例2:采用相對(duì)密度95%的W塊，車(chē)加工W孔，將W塊、Cu管清洗后，組裝在一起，將Ag-28Cu焊料放置在W、Cu之間，在800°C真空釬焊15分鐘，釬焊好的W/Cu件，在700°C、90MPa熱等靜壓處理2h，機(jī)加工后得到W/Cu復(fù)合構(gòu)件。該工藝制備的W/Cu復(fù)合構(gòu)件的界面強(qiáng)度為llOMpa。實(shí)施例3 采用相對(duì)密度91%的W塊，車(chē)加工W孔，孔表面光潔度3. 2，Cu管表面化學(xué)鍍鎳O. 02mm,將W塊、Cu管清洗后，組裝在一起，將BNi_2焊料放置在W/Cu交叉部位，在1050°C真空釬焊10分鐘，釬焊好的W/Cu件，在800°C、20MPa熱等靜壓處理2h，機(jī)加工后得到W/Cu復(fù)合構(gòu)件。該工藝制備的W/Cu復(fù)合構(gòu)件的界面強(qiáng)度為120Mpa。實(shí)施例4 采用相對(duì)密度98%的W塊，車(chē)加工W孔，孔表面光潔度I. 6，Cu管表面化學(xué)鍍鎳O. 2mm,將W塊、Cu管清洗后，組裝在一起，電子束封焊W、Cu兩端，將封焊好的W/Cu件，在1070°C、200MPa熱等靜壓處理3h，機(jī)加工后得到W/Cu復(fù)合構(gòu)件。該工藝制備的W/Cu復(fù)合構(gòu)件的界面強(qiáng)度為125Mpa。實(shí)施例5 采用相對(duì)密度98%的W塊，車(chē)加工W孔，孔表面光潔度I. 6，將W孔內(nèi)表面化學(xué)鍍O. 2mmNi層；然后將W塊、Cu管清洗后，組裝在一起；采用電子束焊接將W、Cu件兩端頭焊接在一起，將焊接好的W/Cu件，在1070°C熱等靜壓處理2h，機(jī)加工后得到W/Cu復(fù)合構(gòu)件。采用該工藝參數(shù)制備的W/Cu復(fù)合構(gòu)件界面強(qiáng)度130Mpa。實(shí)施例6 :采用相對(duì)密度91%的W ±夾，車(chē)加工W孔，孔表面光潔度3. 2，將W塊、Cu管清洗后，組裝在一起，裝入20#鋼制成的包套中，700°C抽真空4h后，封焊，封焊好的W/Cu件包套，在1070°C、IOOMPa熱等靜壓處理2h，去包套、機(jī)加工后得到W/Cu復(fù)合構(gòu)件。采用該工藝參數(shù)制備的W/Cu復(fù)合構(gòu)件界面強(qiáng)度70Mpa。實(shí)施例7 采用相對(duì)密度97%的W塊，車(chē)加工W孔，孔表面光潔度3. 2，將W孔內(nèi)表面化學(xué)鍍O. 02mmNi層；然后將W塊、Cu管清洗后，組裝在一起，裝入銅包套中，室溫抽真空Ih后，封焊，封焊好的W/Cu件包套，在溫度900°C、壓力60Mpa熱等靜壓處理2h，去包套、機(jī)加工后得到W/Cu復(fù)合構(gòu)件。采用該工藝參數(shù)制備的W/Cu復(fù)合構(gòu)件界面強(qiáng)度90Mpa。實(shí)施例8 采用相對(duì)密度91%的W ik,磨加工W孔，孔表面光潔度I. 6，將W塊清洗后，W塊與
Cu塊在真空條件下加熱到1400°C，Cu塊熔化后用Cu液包裹W塊，得到W/Cu復(fù)合坯料，然后將W/Cu復(fù)合坯料在1050°C、壓力150Mpa熱等靜壓處理lh，機(jī)加工后得到W/Cu復(fù)合構(gòu)件。采用該工藝參數(shù)制備的W/Cu復(fù)合構(gòu)件界面結(jié)合強(qiáng)度為146Mpa (銅層斷裂)。實(shí)施例9 采用相對(duì)密度99%的W塊，磨加工W孔，孔表面光潔度I. 6，將W塊清洗后，W塊與Cu粉在Ar、H2 (I: I)混合氣保護(hù)下異步加熱到1090°C，Cu塊熔化后用Cu液包裹W塊，得到W/Cu復(fù)合坯料，然后將W/Cu復(fù)合坯料在800°C、壓力50Mpa熱等靜壓處理2h，機(jī)加工后得到W/Cu復(fù)合構(gòu)件。采用該工藝參數(shù)制備的W/Cu復(fù)合構(gòu)件界面結(jié)合強(qiáng)度為156Mpa(銅層斷裂)。
權(quán)利要求
1.一種W/Cu復(fù)合構(gòu)件的制備方法，其特征在于，工藝步驟如下 A、W塊加工采用內(nèi)圓磨、銑、線切割的一種或幾種在W塊上加工出W孔；對(duì)W孔鍍O .0.2mmNi層，清洗干凈；所述的W塊的相對(duì)密度彡91% ； B、封焊按照W/Cu復(fù)合構(gòu)件的結(jié)構(gòu)，將Cu和W塊組合在一起，采用電子束焊接、真空釬焊、包套或金屬銅包覆的方法進(jìn)行封焊，在W塊或W孔上形成Cu層； 釬焊封焊是將Cu管和W塊組合在一起，在800 1050°C真空釬焊；焊料為Cu基、Ag基或Ni基釬焊。
C、熱等靜壓將封焊后的W/Cu組合件進(jìn)行熱等靜壓處理，處理溫度800 1070°C，壓力 20 2OOMPa。；
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的W/Cu復(fù)合構(gòu)件的制備方法，所述的Cu層采用Cu粉末、Cu塊、Cu管制備。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的W/Cu復(fù)合構(gòu)件的制備方法，所述的真空釬焊是將Cu管和W塊組合在一起，在800 1050°C真空釬焊；焊料為Cu基、Ag基或Ni基釬焊。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的W/Cu復(fù)合構(gòu)件的制備方法，其特征在于，包套方法是將Cu管和W塊組合在一起，放入包套，包套材料采用鋼或銅及其合金；在室溫 700°C抽真空，封焊。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的W/Cu復(fù)合構(gòu)件的制備方法，其特征在于，金屬銅包覆方法是將銅放置在W塊四周，升溫到1090 1400°C使銅液包覆W塊；該過(guò)程在真空、惰性或還原性氣體保護(hù)下進(jìn)行。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的W/Cu復(fù)合構(gòu)件的制備方法，其特征在于，所述的惰性或還原性氣體為Ar、N2, H2, CO氣體的一種或兩種或幾種混合氣體。
全文摘要
一種W/Cu復(fù)合構(gòu)件的制備方法，屬于耐高溫、耐腐蝕、防輻射復(fù)合材料領(lǐng)域。該方法包括W塊加工、封焊、熱等靜壓處理。本發(fā)明制備的W/Cu復(fù)合構(gòu)件，具有W/Cu界面結(jié)合強(qiáng)度高、工藝簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)；主要用于爐體、核、射線屏蔽等方面的材料，尤其是核聚變反應(yīng)堆中等離子體屏蔽用復(fù)合材料。
文檔編號(hào)B23P15/00GK102794612SQ20121030702
公開(kāi)日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2012年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月25日
發(fā)明者劉國(guó)輝, 秦思貴, 陳飛雄, 牛曼, 王鐵軍, 弓艷飛, 吳誠(chéng), 黃鑫, 車(chē)洪艷 申請(qǐng)人:安泰科技股份有限公司