W/Cu/CuCrZr复合构件的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种W/Cu/CuCrZr复合构件的制备方法。该方法包括工件处理、组装、封焊以及热等静压处理四个步骤，其中：在所述工件处理步骤中，将W/Cu复合构件和与所述W/Cu复合构件配合使用的CuCrZr构件清洗干净，然后在W/Cu复合构件的待接触面和/或与所述W/Cu复合构件配合使用的CuCrZr构件的待接触面镀上厚度为0～0.2mm金属层；在热等静压处理步骤中，对封焊好的组装后W/Cu/CuCrZr复合构件进行热等静压处理。本发明专利技术工艺具有操作简单、工装设备可重复利用、成本低廉的优点，而且得到的W/Cu/CuCrZr复合构件具有高界面结合强度。

【技术实现步骤摘要】
W/Cu/CuCrZr复合构件的制备方法
本专利技术属于耐高温、耐腐蚀、防辐射用复合材料领域，特别涉及一种W/Cu/CuCrZr复合构件的制备方法，该复合构件主要用于炉体、核、射线屏蔽等方面的材料，特别是作为核聚变反应堆面向等离子体用材料。
技术介绍
核聚变反应堆中等离子体温度高达上亿度，离子速度高、冲刷力强，因而聚变堆中面向等离子体材料必须具有耐高温、抗冲刷、导热性能好的特点，常规材料难以满足核聚变堆的使用要求。目前ITER(国际热核聚变反应堆)采用W/Cu/CuCrZr管设计，可最大限度的提高材料的冷却能力，但由于热核聚变堆第一壁及偏滤器面向等离子体用W/Cu/CuCrZr管部件受热疲劳、电磁力等的交互作用，使用环境恶劣，需要W/Cu/CuCrZr管有良好的界面结合。W/Cu/CuCrZr管或板连接可采用热等静压(HIP)、钎焊及应力热等静压三种方法，其中专利申请CN1538462A提到HIP制备W/Cu/CuCrZr管的方法，WO2007/017798提出一种应力热等静压法制备W/Cu/CuCrZr管的设备，利用该设备，在一定温度下，在CuCrZr管内充入高气体，对Cu/CuCrZr界面施加单向压力，实现界面接触和实现W/Cu/CuCrZr管、CFC/Cu/CuCrZr管连接的方法；US2011/0132973提供一种钎焊法制备W/Cu/CuCrZr管的方法。但是上述工艺复杂、生产成本高。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种W/Cu/CuCrZr复合构件的制备方法。该方法制备的W/Cu/CuCrZr复合构件的界面结合强度高、工艺简单、成本低。为了实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种W/Cu/CuCrZr复合构件的制备方法，依次包括工件处理、组装、封焊以及热等静压处理四个步骤，其中：在所述工件处理步骤中，将W/Cu复合构件和与所述W/Cu复合构件配合使用的CuCrZr构件清洗干净，然后在W/Cu复合构件的待接触面和/或与所述W/Cu复合构件配合使用的CuCrZr构件的待接触面镀上厚度为0～0.2mm金属层；在所述组装步骤中，按W/Cu/CuCrZr复合构件的结构，将CuCrZr构件的待接触面与所述W/Cu复合构件的待接触面配合在一起，然后放入包套中；在所述封焊步骤中，将装有组装后W/Cu/CuCrZr复合构件的包套抽真空并封焊；在热等静压处理步骤中，对封焊好的组装后W/Cu/CuCrZr复合构件进行热等静压处理。在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，所述W/Cu/CuCrZr复合构件为W/Cu/CuCrZr复合管；在所述工件处理步骤中，所述W/Cu复合构件为外层为W层、内层为Cu层的管状体，且所述W/Cu复合构件的待接触面为W/Cu复合构件的铜管内表面；所述CuCrZr构件具有管状结构，且所述CuCrZr构件的待接触面为CuCrZr构件的外表面；在所述组装步骤中，所述CuCrZr构件穿入所述W/Cu复合构件的铜管中，且所述W/Cu复合构件的内径与所述CuCrZr构件的外径为松配合。更优选地，所述松配合是指所述W/Cu复合构件内径与所述CuCrZr构件的外径的差值为大于0mm小于等于2mm，更优选所述差值为0.5-1mm。在组装过程中，所述W/Cu复合构件的内表面与所述CuCrZr构件的外表面之间留有一定空隙，一方面是为了组装方便，另一方面是避免铜管壁厚变薄而使其功能受限。在上述制备方法中，当所述W/Cu/CuCrZr复合构件为W/Cu/CuCrZr复合管时，所述W/Cu复合构件为外层为W层、内层为Cu层的管状体，更具体地，所述W/Cu复合构件包括：位于外层的钨管层，其是由多块中间带有通孔的钨块并排组成的；以及固定并贯穿于所述多块钨块的各通孔内表面的铜管，所述铜管将所述多块并排的钨块连接在一起。在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，所述W/Cu/CuCrZr复合构件为W/Cu/CuCrZr复合板；在所述工件处理步骤中，所述W/Cu复合构件为W层和Cu层的复合板，且所述W/Cu复合构件的待接触面为W/Cu复合构件的Cu层；所述CuCrZr构件具有板状结构，且所述CuCrZr构件的待接触面为CuCrZr构件的其中一表面；在所述组装步骤中，所述CuCrZr构件的待接触面与所述W/Cu复合构件的待接触面贴合在一起。在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，在所述工件处理步骤中，所述金属层为Ni层、Mn层和Ti层中的一种或多种。在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，在所述工件处理步骤中，所述金属层的厚度为0.1-0.2mm。在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，所述封焊的气氛为空气或真空；或者所述封焊的气氛为非活性气体(包括惰性气体和/或N2)或/和还原性气体，所述非活性气体优选为Ar和/或N2；所述还原性气体优选为H2、CO和NH3中的一种或多种。在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，所述抽真空具体为：在室温-800℃条件下抽真空至≤10-2Pa。示例性地，所述抽真空具体为：在室温条件下抽真空至10-3Pa，在100℃条件下抽真空至5×10-3Pa，在300℃条件下抽真空至10-2Pa，在650℃条件下抽真空至10-3Pa，在680℃条件下抽真空至10-3Pa，在750℃条件下抽真空至10-3Pa，在780℃条件下抽真空至10-4Pa。更优选地，所述抽真空具体为：在200-300℃条件下抽真空至≤10-3Pa。在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，在所述热等静压处理步骤中，所述热等静压处理的烧结温度为500～1070℃、烧结压力为20～200MPa、保压时间为0.5-10h。示例性地，所述烧结温度为520℃、580℃、640℃、700℃、800℃、900℃或1000℃，所述烧结压力为25MPa、45MPa、60MPa、70MPa、85MPa、100MPa、120MPa、150MPa、170MPa或190MPa，所述保压时间为0.8h、1.0h、1.5h、2h、2.5h、3h、3.5h、3.9h、5h、8h或9.5h。更优选地，所述热等静压处理的烧结温度为500～650℃、烧结压力为80～120MPa、保压时间为2-3h。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术通过热等静压工艺依靠两种材料固相扩散实现界面的连接，热等静压工艺温度低，得到的复合管的界面结合强度高，材料没有热影响区，焊接温度控制精确，有利于控制焊接材料的组织。另外，通过在W/Cu复合构件和CuCrZr构件的表面镀上一定厚度的金属层来提高界面的结合质量。本专利技术制备的W/Cu/CuCrZr复合构件主要用于炉体、核、射线屏蔽等方面的材料，尤其是核聚变反应堆中等离子体屏蔽用复合材料，其主要采用热等静压法制备，本专利技术工艺具有操作简单、工装设备可重复利用、成本低廉等优点，而且得到的W/Cu/CuCrZr复合构件具有高界面结合强度。附图说明图1为W/Cu/CuCrZr复合管的截面示意图。其中，附图标记说明如下：1、无氧铜层，2、W块，3、CuCrZr管具体实施方式为了使本专利技术的特征和优点更加清楚，本专利技术采用了以下实施例进行详细说明。下面实施例1-7为W/Cu/CuCrZr复合管的制备方法，实施例8为W/Cu本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种W/Cu/CuCrZr复合构件的制备方法，其特征在于，依次包括工件处理、组装、封焊以及热等静压处理四个步骤，其中：在所述工件处理步骤中，将W/Cu复合构件和与所述W/Cu复合构件配合使用的CuCrZr构件清洗干净，然后在W/Cu复合构件的待接触面和/或与所述W/Cu复合构件配合使用的CuCrZr构件的待接触面镀上厚度为0～0.2mm金属层；在所述组装步骤中，按W/Cu/CuCrZr复合构件的结构，将CuCrZr构件的待接触面与所述W/Cu复合构件的待接触面配合在一起，然后放入包套中；在所述封焊步骤中，将装有组装后W/Cu/CuCrZr复合构件的包套抽真空并封焊；在热等静压处理步骤中，对封焊好的组装后W/Cu/CuCrZr复合构件进行热等静压处理。

【技术特征摘要】
1.一种W/Cu/CuCrZr复合构件的制备方法，其特征在于，依次包括工件处理、组装、封焊以及热等静压处理四个步骤，其中：在所述工件处理步骤中，将W/Cu复合构件和与所述W/Cu复合构件配合使用的CuCrZr构件清洗干净，然后在W/Cu复合构件的待接触面镀上厚度为0～0.2mm金属层和与所述W/Cu复合构件配合使用的CuCrZr构件的待接触面镀上厚度为0.2mmNi-Mn-Ti层，其中最靠近CuCrZr构件外表面的Ni层厚度为0.1mm，Ni层外表面的Mn层厚度为0.05mm，Mn层外表面的Ti层厚度为0.05mm；在所述组装步骤中，按W/Cu/CuCrZr复合构件的结构，将CuCrZr构件的待接触面与所述W/Cu复合构件的待接触面配合在一起，然后放入包套中；在所述封焊步骤中，将装有组装后W/Cu/CuCrZr复合构件的包套抽真空并封焊；在热等静压处理步骤中，对封焊好的组装后W/Cu/CuCrZr复合构件进行热等静压处理；在所述热等静压处理步骤中，所述热等静压处理的烧结温度为550～1070℃、烧结压力为20～200MPa、保压时间为2-10h。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述W/Cu/CuCrZr复合构件为W/Cu/CuCrZr复合管；在所述工件处理步骤中，所述W/Cu复合构件为外层为W层、内层为Cu层的管状体，且所述W/Cu复合构件的待接触面为W/Cu复合构件的铜管内表面；所述CuCrZr构件具有管状结构，且所述CuCrZr构件的待接触面为CuCrZr构件的外表面；在所述组装步骤中，所述CuCrZr构件穿入所述W/Cu复合构件的铜管中，且所述W/Cu复合构件的内径与所述CuCrZr构件的外径为松配合。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述松...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦思贵，刘国辉，史英利，罗广南，王铁军，王万景，黄鑫，彭凌剑，
申请(专利权)人：安泰科技股份有限公司，北京安泰中科金属材料有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11