● 摘要
钨因其优异的性能被选为核聚变反应堆第一壁和偏滤器材料。作为面对等离子体材料，钨不得不面对高热负荷和承受大束流氢/氦等离子体及中性粒子轰击。这些与钨相互作用的粒子和高热束流改变了钨的性能和它的表面形貌。在高强热负荷冲击下，材料腐蚀、随后的再沉积层以及杂质形成取代了原来的表面形貌。因此这些负载降低并且限制了面对等离子体材料的使用寿命。由于氢的滞留以及钨材料的表面起泡行为，氢辐照对于钨材料损害很大。钨材料随着气泡的长大以及破裂变得越来越脆弱。材料的热导率也随之降低，相对低的高热能量的沉积会导致材料表面的融化以及腐蚀。因此氢泡及氢泡破裂行为使钨金属作为杂质进入了等离子体，这足以让反应堆停下来。
为了提高钨的性能，加入钒元素形成钨钒合金使之更好的适应聚变反应堆。为了研究不同类型的钨钒合金，使用粉末冶金方法并且通过放电等离子体烧结方法制备不同组合（质量百分数为1%、5%、7%和10%）的钨钒合金和纯钨材料。最初的钒颗粒的大小我们对放电等离子体烧结的温度及停留时间的影响进行了研究。为了比较研究，我们也用其它烧结手段如热压成型、无压氢炉烧结制备了一些样品。材料的热稳定性对于面对等离子体材料应用非常重要，因此测量了钨钒合金的热稳定性。X射线衍射和扫描电子显微镜结合样品密度、硬度的测量及三点弯曲测试找出最佳的合金组分、制造条件和热稳定值。合金材料通过直线等离子体装置（Polit-PSI）进行低能（40ev）高束流（1024 m-2 s-1）氘 等离子体辐照研究氢的起泡行为。研究发现钨钒合金表面氘气泡形成、尺寸以及形状决定于添加钒颗粒的尺寸和烧结样品的微观结构。此外，对氘泡的表面形貌和内在特征也进行了观察。热脱附谱仪用来测试辐照样品的氘滞留。
研究发现钒作为烧结活化剂并且随着钒含量的升高，使得钨基合金材料的密度和机械性能逐步提高。对于放电等离子体烧结时烧结条件的研究非常重要，在相对低的烧结能量损耗条件下得到的钒在钨基体显微结构中的均匀分布提高了合金的机械性能。细小的钒颗粒烧结的钨钒合金在显微结构、密度、显微硬度以及断裂韧性上有很大的提高。放电等离子体烧结是一种非常有效的较好的优化测试材料基本参数的手段，但是热压成型被证明在钨基合金材料制备上有更好的结果。本文说明了钒的添加能提高钨基材料在退火处理的热稳定性。钨钒合金材料表面的氘气泡的形成、尺寸和形状明显和钒颗粒尺寸和烧结样品的显微结构有关。此外，钒的添加能提高钨基材料的抗氘辐照性能和抑制气泡的形成。