大尺寸高钾钨块料的烧结工艺研究

代少伟 ，蒋香草 ，宋久鹏 ，3*

（1.厦门钨业股份有限公司，福建 厦门 361021；2.国家钨材料工程技术研究中心，福建 厦门 361021；3.西华大学材料科学与工程学院，四川 成都 610039）

0 引言

金属钨（W）因其高密度（19.3 g/cm3）、高熔点（～3 410℃）、高热导率（室温下为173 W/mK）、低溅射速率、低氚滞留等优异性能，被认为是最有前景的聚变堆面向等离子体材料（Plasma Facing Materials，PFMs）。然而，纯W材料有韧脆转变温度（Ductileto-Brittle Transition Temperature，DBTT）高、再结晶温度（Recrystallization Temperature，RCT）低、辐照脆化等问题，限制了W在核聚变领域的应用[1-2]。近年来，围绕提高W材料的RCT和降低DBTT，国内外开展了大量的研究，如添加稀土氧化物（如Y2O3[3-4]、La2O3[5-6]等）或碳化物（如 ZrC[7]、HfC[8]等）弥散强化、固溶强化[9]、变形强化[10]、纤维增韧[11]等方法。

钾（K）泡弥散强化是其中一种重要方式，通过微量K掺杂，在W晶界上形成具有钉扎作用的K泡，抑制晶界迁移，使材料的RCT提高到1 600℃以上，同时提升材料的低温韧性和高温强度[12]。传统照明领域的白炽灯和卤素灯中使用的抗下垂钨丝就是利用了K泡弥散强化原理，获得W丝在超高温（2 600～3 000℃）工作条件下优异的抗蠕变能力[12]。抗下垂W丝使用的W粉原料是通过在氧化钨粉末中湿法掺杂Al、K、Si的盐，再在氢气中还原获得的，所以称为AKS-W，主要为丝材和杆材，其坯料是通过垂熔烧结制备的，不能直接应用于块体PFMs。

针对AKS-W块材，有研究表明提升AKS-W块材的加工变形量，可提升RCT、降低DBTT[13]。Yang[14]等采用K含量82×10-4%（质量分数，下同）的掺杂W粉，通过放电等离子体烧结（Spark Plasma Sint ering，SPS）方法制备出尺寸70 mm×90 mm×50 mm的AKS-W烧结板材，热轧变形量80%后发现其RCT高于1 600℃，且K泡可抑制位错环，改善块体PFMs的辐照硬化和脆化。Guan[15]等通过旋锻工艺得到20 mm、相同变形量的纯W和AKS-W棒材（K含量30×10-4%），发现经过1 500℃、1 800℃的热处理后，AKS-W棒材沿径向从芯部到边部的晶粒尺寸均小于纯W；……