專(zhuān)利名稱(chēng):具有網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的鎢涂層第一壁部件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及核聚變反應(yīng)堆第一壁部件，具體內(nèi)容是將第一壁的銅或低活化鋼基體劃分為網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的單元再在其表面真空等離子體噴涂鎢涂層。
背景技術(shù)：
在核聚變裝置中，鎢(W)由于具有高熔點(diǎn)、較低的濺射率、較高的濺射能量閾值、不與氫同位素反應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)而被認(rèn)為是最適合的第一壁材料。在國(guó)際熱核聚變?cè)囼?yàn)堆ITER的氘-氚反應(yīng)運(yùn)行階段，鎢將是第一壁與啟動(dòng)限制器的首選材料。
鶴與基體的連接工藝包括燒鑄(Casting)、釬焊(Brazing)、熱等靜壓(Hot工sostatic Pressing, HIP)、物理氣相沉積(Physical Vapor Deposition, PVD)、化學(xué)氣相 沉積(￡hemical Vapor Reposition,CVD)、等離子體噴涂(￡lasma Spraying,PS)等。其中，真空等離子體噴涂(Yacuum Plasma Spraying, VPS)技術(shù)克服了鶴材料難以加工的特點(diǎn),提供了高熱流密度(7 10MW/m2)下鎢與基體材料的可靠連接，而且制備工藝簡(jiǎn)單，是聚變裝置第一壁部件可選的制備方法。
由于鎢、銅兩種材料的熱容、膨脹系數(shù)及楊氏模量等參數(shù)有很大差異，且聚變裝置內(nèi)部第一壁部件承受的熱負(fù)荷極大，鎢涂層經(jīng)過(guò)高密度等離子體轟擊后可能出現(xiàn)裂紋。同時(shí)，噴涂工藝本身的缺點(diǎn)造成涂層中出現(xiàn)孔隙，氫同位素滯留于孔隙會(huì)導(dǎo)致涂層的起皮、起皮。這些都是鎢涂層第一壁材料可能的失效形式。當(dāng)前的鎢-銅或(鎢-低活化鋼)第一壁部件通常將鎢材料直接噴涂于大塊熱沉上，出現(xiàn)局部裂紋后極有可能擴(kuò)展到涂層的其他位置，造成大面積涂層的失效，這對(duì)于聚變堆穩(wěn)態(tài)運(yùn)行是極為不利的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種具有網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的鎢涂層第一壁部件，該鎢涂層第一壁部件能承受大熱流沖擊，可用于長(zhǎng)脈沖、大功率的聚變裝置中。
本發(fā)明技術(shù)方案如下
具有網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的鎢涂層第一壁部件，其特征在于第一壁部件的熱沉內(nèi)部具有冷卻管道，其面對(duì)等離子體一面刻有網(wǎng)格狀槽，其表面噴涂有鎢涂層，鎢涂層作為面對(duì)等離子體材料。
所述的第一壁部件的熱沉材質(zhì)為銅合金或低活化鋼。
所述的槽的剖面形狀為V型槽或梯形槽，梯形槽或V型槽側(cè)面與熱沉表面、梯形槽側(cè)面與槽底面相交處、V型槽底部均采用圓弧過(guò)渡。
本發(fā)明采用真空等離子體噴涂的方式在熱沉表面噴涂厚鎢涂層，鎢涂層的厚度為Imm 2mm。
網(wǎng)格狀槽，將熱沉表面分割成多個(gè)獨(dú)立單元；槽的剖面形狀為V型或U形，使其側(cè)壁面與聚變裝置磁力線成小角度。
熱沉表面形貌表現(xiàn)為網(wǎng)格狀，凹槽處平滑過(guò)渡，沒(méi)有明顯的棱邊與棱角。[0013]在第一壁部件基體刻上特殊設(shè)計(jì)的槽將鎢材料噴涂于其表面，使第一壁部件表面自然形成獨(dú)立的網(wǎng)格狀小單元。該設(shè)計(jì)將失效限制在一定的范圍內(nèi)，使局部的失效不影響整塊熱沉的使用，同時(shí)也大大降低了涂層表面的熱應(yīng)力。槽側(cè)壁與聚變裝置磁力線成較小角度，防止等離子體沿著磁力線直接轟擊。槽與壁表面過(guò)渡線條都使用圓弧過(guò)渡，緩解部件應(yīng)力集中效應(yīng)。
本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單、可靠，可用于長(zhǎng)脈沖、大功率的聚變裝置中。


附圖為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖，本發(fā)明包括第一壁熱沉板I、網(wǎng)格結(jié)構(gòu)槽2、鎢涂層3、冷卻管道4，其中網(wǎng)格狀U或V形槽2刻于第一壁熱沉板I表面。網(wǎng)格狀U或V形槽2的寬度、深度以及間距可 根據(jù)熱流密度及冷卻能力進(jìn)行調(diào)整。冷卻管道4的直徑與走向可以根據(jù)熱沉大小及其在聚變裝置中的位置進(jìn)行調(diào)整。
網(wǎng)格狀U或V形槽2刻好以后，將熱沉整體進(jìn)行真空等離子體噴涂，使鎢涂層3緊密結(jié)合在第一壁熱沉板I上。
權(quán)利要求
1.具有網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的鎢涂層第一壁部件，其特征在于第一壁部件的熱沉內(nèi)部具有冷卻管道，其面對(duì)等離子體一面刻有網(wǎng)格狀槽，網(wǎng)格狀槽表面噴涂有鎢涂層，鎢涂層作為面對(duì)等離子體材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的具有網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的鎢涂層第一壁部件，其特征在于所述的第一壁部件的熱沉材質(zhì)為銅合金或低活化鋼。
3.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的具有網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的鎢涂層第一壁部件，其特征在于所述的槽的剖面形狀為V型槽或U形槽，U形槽或V型槽側(cè)面與熱沉表面、U形槽側(cè)面與槽底面相交處、V型槽底部均采用圓弧過(guò)渡。
專(zhuān)利摘要
本發(fā)明提供一種具有網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的鎢涂層第一壁部件，其特征在于第一壁部件的熱沉內(nèi)部具有冷卻管道，其面對(duì)等離子體一面刻有網(wǎng)格狀槽，其表面噴涂有鎢涂層，鎢涂層作為面對(duì)等離子體材料。本發(fā)明可減小鎢-銅(或鎢-低活化鋼)第一壁部件的熱應(yīng)力，同時(shí)在鎢涂層失效時(shí)防止裂紋的擴(kuò)展，將失效限制在單元格子的范圍內(nèi)。該鎢涂層第一壁部件能承受大熱流沖擊，工藝簡(jiǎn)單、可靠，可用于長(zhǎng)脈沖、大功率的核聚變裝置中。
文檔編號(hào)G21B1/13GKCN101567225SQ200910116864
公開(kāi)日2012年8月29日 申請(qǐng)日期2009年5月26日
發(fā)明者周海山, 李強(qiáng), 祁攀, 羅廣南 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院等離子體物理研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan專(zhuān)利引用 (3), 非專(zhuān)利引用 (2),