机械合金化原位制备ODS-Cu材料的研究开题报告

全文总字数：5636字

1. 研究目的与意义（文献综述）

随着社会快速发展，人类对能源的需求越来越大，当前人类正面临化石能源逐渐枯竭、环境逐渐恶化的危险，寻找更多高效、清洁的能源已成为人们的共识。核聚变能作为人类未来可持续发展理想的清洁能源，具有燃料丰富、价格低廉、环境友好、反应释放能量大等突出优点，其发展也越来越受到人们的关注[1]。材料问题是当前限制核聚变能领域发展的一个重要因素[2]。核聚变堆是由实验装置基本组成加上堆的包层/屏蔽部件构成的，其中粒子流轰击部分部件表面产生严重的溅射损伤，高能中子轰击产生体损伤，因此材料性能对包层第一壁和偏滤器是高难度甚至是颇具挑战性的工程技术问题。由于核聚变堆结构复杂，维修/更换部件较困难，且为了提高核聚变堆的热效率，部件必须在高温、高冲击等较恶劣环境下服役，因此要求部件具有较长寿命，这些要求大大增加了解决核聚变堆材料问题的难度[3]。因此，设计出兼具高强度和高热传导率的热沉积功能材料对于核聚变堆的发展具有重要意义。

目前很多国家已在磁约束核聚变理论方法、关键技术和实验装置等方面取得了突破性进展，并在为最终核聚变能的商业化应用做出不懈努力。根据各国研究结果，目前作为候选包层结构材料和功能材料的主要有普通rafm钢、改良的rafm钢、机械合金化ods钢、熔炼ods钢、钒合金、碳化硅复合材料，它们各有优点，但是都存在一定缺陷，如相比于奥氏体不锈钢（316l等），普通rafm钢具有更低的辐照活性、更高的热导率、更低的热膨胀率和极好的抗肿胀性能，但是它也存在以下问题：疲劳、蠕变疲劳导致循环软化问题；延展性降低，在裂变中子辐照超过1~10dpa时出现低温辐照脆化现象；与焊接相关的问题，对于全尺寸包层模块焊前热处理很难完成，辐照可能会导致热影响区域力学性能的急剧下降等。此外，机械合金化ods钢内部高度弥散的纳米析出相和相对细小的晶粒可以有效提升材料高温蠕变强度，同时保持其韧性、延展性稳定在一定范围不发生明显降低，并且维持足够低的韧脆转变温度；然而其生产过程时间长、成本高、效率低等问题也限制了其发展[2]。

铜合金因其极高的导热性而被认为是聚变反应堆散热器材料的候选材料[17]。先进的氧化物弥散强化铜合金（ods-cu）由于具有高的耐辐照性，高的导热性和良好的机械性能，因此有望用于未来聚变反应堆的偏滤器系统中[8]。相关实验已证明，细小的y2o3氧化物颗粒在ods钢中的分散是利用小的硬质颗粒来抑制位错的运动以达到提高强度的效果，这对于通过捕获缺陷和减少辐照膨胀来保持机械性能和良好的抗辐照性具有重要作用。到目前为止，将y2o3基氧化物颗粒良好分散在不同ods材料中的最佳方法是机械合金化（ma）[8]。然而，关于机械合金化ods铜合金的文献研究很少，进展十分有限。

2. 研究的基本内容与方案