本书介绍了钨基材料的研究现状及进展，以提高钨基材料的性能为出发点，采用高能球磨的方法制备出TiC/W、TiC-La2O3/W、W-Cu系列钨基复合材料，对它们的组织结构及力学性能进行了研究，并在中国科学院等离子体物理研究所的热负荷实验平台上进行高能电子束真空热负荷实验，对所制备试样的热负荷性能进行了研究分析，为钨基复合材料在聚变堆装置中的应用提供了理论和数据参考。

钨具有高熔点、导电导热性好、低溅射腐蚀速率、热膨胀系数小、低蒸气压以及优良的高温强度等特性，已在航空航天、冶金、汽车、电子、国防等众多领域得到广泛应用。随着现代科学技术的发展，钨和钨合金的应用领域正在不断扩大。目前，钨已被选为ITER(International Thermonuclear Experimental Reactor)偏转器中的等离子壁材料。等离子壁材料对钨材料的高温性能特别是综合性能提出了较高的要求，纯钨已不适合如此苛刻的工作条件。为此，研究人员采取不同的方法来提高钨材料的性能。本书介绍了钨基材料的研究现状及进展，以提高钨基材料的性能为出发点，采用高能球磨的方法制备出TiC/W、TiC-La2O3/W、W-Cu系列钨基复合材料，对它们的组织结构及力学性能进行了研究，并在中国科学院等离子体物理研究所的热负荷实验平台上进行高能电子束真空热负荷实验，对所制备试样的热负荷性能进行了研究分析，为钨基复合材料在聚变堆装置中的应用提供了理论和数据参考。主要包括以下内容：

介绍了钨基材料的主要分类、制备方法以及强韧化研究的现状。介绍了采用高能球磨方法制备TiC/W复合粉体，使TiC颗粒能够均匀混合于钨粉中，并且能够显著细化粉体，提高复合材料的相对密度。讨论分析球磨参数对TiC/W复合粉体的制备的影响，其中液体介质比、球磨转速、球料比、球磨时间等对粉体的性能有较大影响。

在Tic/W复合材料的基础上添加一定含量的稀土La2O3。结果表明，La2O3s和TiC在一定成分配比共同作用时的强化效果强于La2O3和TiC单独作用的强化效果。TiC-La2O3/W复合材料的强化机制主要为载荷传递、细晶强化，韧化机制为细晶韧化和裂纹偏转。

介绍了高能球磨法制备W-Cu复合粉体。高能球磨过程中产生的大量纳米晶界和高密度的缺陷(位错、层错等)促进Cu在W晶格中的固溶，促使W、Cu的合金化，有助于W-Cu烧结体组织的均匀化和致密化。烧结温度、球磨时间和Cu含量对W-Cu复合材料的相对密度影响较大，进而影响复合材料的强度等力学性能。

对几种钨基复合材料进行电子束热负荷冲击试验和电子束热负荷循环试验，考察其在电子束作用下的性能。电子束热流密度为0.5MW/m2时，电子束热冲击后，各试样表面损伤并不十分严重，几种材料热冲击前后质量减损不大。电子束热流密度为5MW/m2时，热冲击后材料出现起皮鼓泡现象，扭曲破坏严重，表面呈黑灰色，已完全损坏，材料表面有点状烧蚀坑和表皮脱落现象，电子束热冲击作用较为明显，烧蚀较为严重，质量减损率均超过1％。电子束热负荷循环后，样品表面出现腐蚀现象，在钨晶粒晶界间萌生，微裂纹仅存在于试样表面，未向基体内部扩展。

第1章 绪论

 1.1 引言

1.1.1 解决世界能源问题的新途径～受控热核聚变

1.1.2 核聚变装置

1.1.3 等离子体与第一壁的相互作用（PMI）

1.1.4 托卡马克装置中面对等离子体第一壁材料

 1.2 W基面对等离子体第一壁材料

 1.3 钨基材料的现状

1.3.1 W-Ni-Me系合金

1.3.2 W-Cu复合材料

1.3.3 W-稀土氧化物合金

1.3.4 TiC和ZrC增强钨基复合材料

1.3.5 W-Re合金

1.3.6 W-Mo合金

1.3.7 钨涂层

1.3.8 W基面对等离子体材料的选择

 1.4 钨基材料的制备方法

1.4.1 粉体制备方法

1.4.2 主要烧结方法

1.4.3 钨基材料制备新技术

 1.5 钨基材料的强化研究

1.5.1 复合强韧化

1.5.2 钨基材料的强化机制

 参考文献

第2章 钨基复合材料制备工艺设计及性能测试表征

 2.1 钨基复合材料制备影响因素

2.1.1 粉体的影响

2.1.2 烧结的影响

 2.2 工艺路线设计

 2.3 实验材料

 2.4 材料的制备

2.4.1 复合粉体制备工艺

2.4.2 烧结工艺

 2.5 粉体的表征

2.5.1 粉体相组成及晶粒度的测定

2.5.2 复合粉体的形貌观察

2.5.3 复合粉体的中值粒径及比表面测试

 2.6 材料组织结构观察与性能测试

2.6.1 复合材料密度测试

2.6.2 复合材料弯曲性能测试

2.6.3 复合材料显微硬度测试

2.6.4 复合材料显微组织结构分析

 2.7 高能电子束真空热负荷实验

2.7.1 实验装置

2.7.2 实验过程

 2.8 主要仪器设备

 参考文献

第3章 高能球磨制备TiC/W复合粉体及其表征

 3.1 球磨机的粉碎机理

 3.2 液体介质比

 3.3 球磨转速

 3.4 球料比

 3.5 球磨时间

 3.6 小结

 参考文献

第4章 高能球磨TiC/W复合粉体的烧结致密化

 4.1 烧结

4.1.1 粉末烧结基本过程

4.1.2 粉末烧结动力学

4.1.3 W-TiC复合材料的烧结特点

 4.2 TiC/W复合材料的相对密度

4.2.1 TiC含量对TiC/W复合材料相对密度的影响

4.2.2 烧结工艺对TiC/W复合材料相对密度的影响

4.2.3 球磨时间对TiC/W复合材料相对密度的影响

 4.2 高能球磨对TiC/W复合材料组织性能的影响

 4.3 高能球磨制备TiC/W复合材料的改进

4.3.1 TiC/W复合粉体的分布

4.3.2 TiC/W复合材料的性能

 4.4 TiC/W复合材料的烧结

4.4.1 TiC/W复合材料烧结特点

4.4.2 高能球磨TiC/W复合材料烧结机理讨论

 4.5 小结

 参考文献

第5章 颗粒增强复合材料的制备与力学性能

 5.1 TiC-La2O3/W复合材料成分设计与制备

 5.2 TiC-La2O3/W复合材料的力学性能

5.2.1 TiC-La2O3/W复合材料的密度和相对密度

5.2.2 TiC-La2O3/W复合材料的硬度和弹性模量

5.2.3 TiC-La2O3/W复合材料的抗弯强度和断裂韧性

 5.3 TiC-La2O3/W复合材料的组织结构

5.3.1 TiC-La2O3/W复合材料的金相显微组织

5.3.2 TiC-La2O3/W复合材料的TEM照片

 5.4 TiC-La2O3/W复合材料的断口形貌及裂纹路径分析

 5.5 强韧化机制

 5.6 小结

 参考文献

第6章 W-Cu复合材料的制备与性能

 6.1 FGM的设计

 6.2 FGM的制备方法

6.2.1 粉末冶金法

6.2.2 等离子喷涂法

6.2.3 气相沉积法

6.2.4 自蔓延高温燃烧合成法（SHS）

 6.3 梯度功能材料的应用

6.3.1 航空航天领域

6.3.2 机械工程领域

6.3.3 光电领域

6.3.4 能源领域

6.3.5 生物工程领域

 6.4 W－Cu复合粉体的制备与表征

6.4.1 W－Cu复合粉体的XRD图谱

6.4.2 W－Cu复合粉体的晶格常数和晶粒尺寸

6.4.3 W-Cu复合粉体的形貌

 6.5 W－Cu复合材料的显微组织

 6.6 WCu复合材料的力学性能

6.6.1 W-Cu复合材料的密度和相对密度

6.6.2 W-Cu复合材料的显微硬度

6.6.3 W-Cu复合材料的抗弯强度

 6.7 小结

 参考文献

第7章 高能电子束真空热负荷实验研究

 7.1 传热学基本理论

7.1.1 温度与热量

7.1.2 传热基本方式

7.1.3 热应力

 7.2 电子束热冲击模拟实验

7.2.1 电子束热冲击对表面温度的影响

7.2.2 电子束热冲击对表面形貌的影响

7.2.3 电子柬热冲击引起的质量烧蚀率

7.2.4 电子束热冲击破坏机制分析

 7.3 电子束热负荷循环实验

7.3.1 电子束热负荷循环对材料组织结构的影响

7.3.2 电子束热负荷循环对显微硬度的影响

7.3.3 电子柬热负荷循环对抗弯强度的影响

 7.4 小结

 参考文献