用于聚變裝置高熱負(fù)荷部件的鎢銅模塊及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及異質(zhì)材料連接【技術(shù)領(lǐng)域】，具體公開了一種用于聚變裝置高熱負(fù)荷部件的鎢銅模塊及其制備方法。該方法包括：1）選擇合適尺寸的鎢、無氧純銅以及鉻鋯銅合金熱沉材料；2.1）對鎢和無氧純銅表面進(jìn)行預(yù)處理；2.2）鎢表面真空澆鑄無氧純銅；3.1）將鎢/無氧純銅塊中的無氧純銅表面和鉻鋯銅合金的待焊接面進(jìn)行預(yù)處理；3.2）將鎢/無氧純銅塊與鉻鋯銅合金在真空熱壓爐中進(jìn)行焊接；3.3）將焊接后的鎢/無氧純銅/鉻鋯銅合金復(fù)合快進(jìn)行機械加工，形成所需的鎢銅模塊。該鎢銅模塊制備方法成本低、效率高和可靠性強，能夠承受大于5MW/m2的穩(wěn)態(tài)熱負(fù)荷。
【專利說明】用于聚變裝置高熱負(fù)荷部件的鎢銅模塊及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于異質(zhì)材料連接【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種用于聚變裝置高熱負(fù)荷部件的鎢銅模塊及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]鎢由于高熔點、優(yōu)良的導(dǎo)熱性能、低濺射產(chǎn)額和高自濺射閥值、以及低蒸氣壓和低的氚滯留性能等優(yōu)點被廣泛的認(rèn)為是最有希望的核聚變裝置面對等離子體材料。鎢與熱沉材料銅合金或結(jié)構(gòu)材料連接制成面對等離子體部件，可以應(yīng)用于聚變裝置的第一壁和偏濾器位置。
[0003]鎢和熱沉材料銅之間連接的最大問題在于鎢和銅之間存在著大的熱膨脹系數(shù)和彈性模量差異。鎢材料熱膨脹系數(shù)較低(室溫下約為4.5 XlO-6A),而銅合金熱膨脹系數(shù)較高(室溫下約為16.6X 10_6/K)，進(jìn)而在制備和服役過程中產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力，可能導(dǎo)致鎢/銅連接界面開裂，降低PFC的服役可靠性。因此，可以在鎢銅之間設(shè)計一層軟的無氧純銅適應(yīng)層作為緩沖，主要是因為純銅的具有高潤濕性和高蠕變松弛性，從而減少了界面間應(yīng)力，增加了界面結(jié)合力。無氧純銅與鎢的連接技術(shù)有活性金屬鑄造、熱壓和熱等靜壓等方法，無氧純銅與鉻鋯銅熱沉的連接技術(shù)有釬焊、爆炸焊和熱等靜壓等多種連接方法。
[0004]在鎢表面活性鑄造純銅可以獲得較好的鎢銅連接，其抗拉伸強度大于120MPa。鎢銅之間具有一定的潤濕性，當(dāng)溫度超過1350°C時，鎢與銅之間的潤濕角為0，即鎢與銅之間完全潤濕。但是，實驗溫度不能超過鎢的再結(jié)晶溫度，公開的文獻(xiàn)資料顯示的鎢表面鑄造純銅溫度小于1200°C，但是找不到具體的實驗過程及參數(shù)等。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種用于聚變裝置高熱負(fù)荷部件的鎢銅模塊及其制備方法，可以解決鎢銅復(fù)合快的連接問題。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:用于聚變裝置高熱負(fù)荷部件的鎢銅模塊結(jié)構(gòu)，該鎢銅模塊結(jié)構(gòu)包括自上至下的三層結(jié)構(gòu)為:鎢、無氧純銅適應(yīng)層和鉻鋯銅合金熱沉材料，其中，無氧純銅適應(yīng)層中的氧含量小于1ppm;鉻鋯銅合金熱沉材料材料含量為:Cr含量0.6-0.8wt.%，Zr 含量 0.07-0.15wt.%，其余為銅。
[0007]所述的鶴的厚度為5?1mm ;鉻錯銅合金熱沉材料的厚度為20?25mm。
[0008]如權(quán)利要求1所述的用于聚變裝置高熱負(fù)荷部件的鎢銅模塊制備方法，該制備方法具體包括如下步驟:
[0009]步驟1、選擇合適尺寸的鎢、無氧純銅以及鉻鋯銅合金熱沉材料進(jìn)行鎢銅模塊制備;
[0010]步驟2、鎢表面真空澆鑄無氧純銅；
[0011]步驟2.1、對鎢和無氧純銅表面進(jìn)行預(yù)處理；
[0012]鎢和無氧純銅表面預(yù)處理，去除去表面的雜質(zhì)、油污和氧化膜；
[0013]步驟2.2、鎢表面真空澆鑄無氧純銅；
[0014]將鎢和無氧純銅放入模具中進(jìn)行裝配，無氧純銅塊在上，鎢在下；然后放入真空加熱爐中，工作真空度優(yōu)于5X10_3Pa，加熱速率20?30°C /min，分別在400°C、800°C保溫30min ;加熱溫度至1200°C?1280°C，保溫時間15?30min。加熱完畢后，樣品隨爐冷卻至室溫；
[0015]步驟3、將步驟2中獲得的鎢/無氧純銅塊與鉻鋯銅合金進(jìn)行焊接后，形成所需的鶴銅1旲塊；
[0016]步驟3.1、將鎢/無氧純銅塊中的無氧純銅表面和鉻鋯銅合金的待焊接面進(jìn)行預(yù)處理；
[0017]步驟3.2、將鎢/無氧純銅塊與鉻鋯銅合金在真空熱壓爐中進(jìn)行焊接；
[0018]將鎢/無氧純銅塊和銅合金塊放入模具中進(jìn)行裝配，自上而下分別為鎢、無氧純銅和鉻鋯銅合金；然后放入真空熱壓爐中，采用對接方式進(jìn)行連接，將鎢/無氧純銅塊置于鉻鋯銅合金之上，將無氧純銅表面和鉻鋯銅合金待焊表面相對；工作真空度優(yōu)于5 X 10?,加熱速率15-20°C /min,在400°C保溫30min ;加熱溫度至500°C?600°C，保溫時間3?5h，保溫過程中，在鎢塊表面施加壓力20?50MPa。加熱完畢后，卸載壓力，樣品隨爐冷卻至室溫；
[0019]步驟3.3、將焊接后的鎢/無氧純銅/鉻鋯銅合金復(fù)合快進(jìn)行機械加工，形成所需的鎢銅模塊。
[0020]所述的步驟2.1中鎢和無氧純銅表面預(yù)處理的具體步驟為:將鎢和鉻鋯銅合金放入丙酮溶液中超聲波清洗lOmin，熱風(fēng)烘干；依次利用320目、600目和800目砂紙打磨鎢塊表面，利用配比為65%硝酸:40%氫氟酸=4:1的溶液清洗鎢表面3分鐘；利用320目砂紙打磨無氧純銅表面；然后去離子水、酒精超聲波清洗；最后脫水干燥。
[0021]所述的步驟I中鶴尺寸30?60mmX30?60mm,厚度為5?1mm ;無氧純銅適應(yīng)層厚度I?3_ ;鉻錯銅合金熱沉尺寸35?65_X35?65mm,厚度為25?30_。
[0022]所述的步驟3.1的具體步驟為:利用超聲波丙酮溶液清洗無氧純銅/鎢塊中的無氧純銅表面和鉻鋯銅合金的待焊接面lOmin，熱風(fēng)烘干；依次利用320目、600目和800目砂紙打磨無氧純銅/鎢塊中的無氧純銅表面和鉻鋯銅合金待焊接表面；并利用20wt.%硝酸溶液清洗待連接表面5分鐘；然后去離子水、酒精超聲波清洗后脫水干燥。
[0023]所述的步驟3.3具體為:將焊接后的鎢/無氧純銅/鉻鋯銅合金復(fù)合快進(jìn)行機械加工去掉多余的變形無氧純銅；在鉻鋯銅合金熱沉中鉆孔加工冷卻水通道；在鉻鋯銅合金熱沉上加工接頭；通過線切割將鎢塊和無氧純銅塊在橫向、縱向進(jìn)行開槽，加工成為網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，線切割深度為大于鎢塊厚度1_，切割后小鎢塊之間的間距為0.5?1_，小鎢塊的尺寸15 ?20 X 15 ?20mm。
[0024]所述的步驟2.2進(jìn)一步包括:在真空加熱爐中取出鎢/無氧純銅塊，然后將無氧純銅表面加工平整，去掉表面縮孔等缺陷，然后將無氧純銅邊角去除，加工與鎢塊平整。
[0025]本發(fā)明的顯著效果在于:在本發(fā)明中，快速將工件加熱至1200-1280°C之間，采用模具將無氧純銅澆鑄在鎢表面，可以使得純銅在鎢表面流動，同時由于溫度較高，鎢與銅之間具有較高的潤濕性，使得無氧純銅能夠在鎢表面鋪展，通過這些方法可以減少銅在凝固過程中所形成的孔洞等缺陷；另外，由于澆鑄溫度低于1300°C，且加熱時間較短，鎢塊不會發(fā)生再結(jié)晶。然后，利用壓力擴散焊連接無氧純銅和鉻鋯銅熱沉，通過溫度控制避免鉻鋯銅熱沉強度下降較多，同時，由于壓力的作用，從而使無氧純銅中部分由于澆鑄形成的孔洞閉合，減少鎢銅模塊中的缺陷；而壓力較低，且由于夾具的作用，不會使鉻鋯銅熱沉材料發(fā)生變形；另外，由于壓力擴散焊接的溫度超過了鎢的韌脆轉(zhuǎn)變溫度，不會引起鎢的脆斷。本發(fā)明提出的鎢銅模塊制備方法成本低、效率高和可靠性強，能夠承受大于5MW/m2的穩(wěn)態(tài)熱負(fù)荷。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1為本發(fā)明所述的一種用于聚變裝置高熱負(fù)荷部件的鎢銅模塊結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖2為真空澆鑄無氧純銅用石墨模具及澆鑄示意圖；
[0028]圖中:1、鎢；2、無氧純銅適應(yīng)層；3、鉻鋯銅熱沉材料；4、冷卻水管通道。

【具體實施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0030]如圖1、圖2所示，一種用于聚變裝置高熱負(fù)荷部件的鎢銅模塊結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具體包括自上至下的三層結(jié)構(gòu)為:鎢1、無氧純銅適應(yīng)層2和鉻鋯銅熱沉材料3，并在鉻鋯銅熱沉材料3中開有冷卻水管通道4，其中，鎢I厚度為5?10_，其包括純鎢和氧化物彌散強化鎢；無氧純銅適應(yīng)層2中的氧含量小于1ppm ;鉻鋯銅熱沉材料3的厚度為20?25mm，其材料含量為:Cr含量0.6-0.8wt.%，Zr含量0.07-0.15wt.%，其余為銅。
[0031]實施例1、
[0032]一種用于聚變裝置高熱負(fù)荷部件的鎢銅模塊制備方法，具體包括如下步驟:
[0033]步驟1、選擇合適尺寸的鎢、無氧純銅以及鉻鋯銅熱沉材料進(jìn)行鎢銅模塊制備，其中，鶴選用尺寸40mmX40mm,厚度為5mm的工業(yè)生產(chǎn)的鶴；適應(yīng)層選用厚度Imm的無氧純銅；鉻錯銅合金熱沉選用尺寸45mmX45mm,厚度為25mm的材料；
[0034]步驟2、鎢表面真空澆鑄無氧純銅；
[0035]步驟2.1、對鎢和無氧純銅表面進(jìn)行預(yù)處理；
[0036]鎢和無氧純銅表面預(yù)處理，去除去表面的雜質(zhì)、油污和氧化膜:將純鎢和鉻鋯銅合金放入丙酮溶液中超聲波清洗lOmin，熱風(fēng)烘干；依次利用320目、600目和800目砂紙打磨鎢塊表面，利用配比為65%硝酸:40%氫氟酸=4:1的溶液清洗鎢表面3分鐘；利用320目砂紙打磨無氧純銅表面；然后去離子水、酒精超聲波清洗；最后脫水干燥。
[0037]步驟2.2、鎢表面真空澆鑄無氧純銅；
[0038]將鎢和無氧純銅放入模具中進(jìn)行裝配，無氧純銅塊在上，鎢塊在下；然后放入真空加熱爐中，工作真空度優(yōu)于5X10_3Pa，加熱速率20°C/min，分別在400°C、800°C保溫30min ；加熱溫度至1250°C，保溫時間15min。加熱完畢后，樣品隨爐冷卻至室溫；
[0039]在真空加熱爐中取出鎢/無氧純銅塊，然后將無氧純銅表面加工平整，去掉表面縮孔等缺陷，然后將無氧純銅邊角去除，加工與鎢塊平整，保持無氧純銅適應(yīng)層厚度為1mm。
[0040]步驟3、將步驟2中獲得的鎢/無氧純銅塊與鉻鋯銅合金進(jìn)行焊接后，形成所需的鶴銅1旲塊；
[0041]步驟3.1、將鎢/無氧純銅塊中的無氧純銅表面和鉻鋯銅合金的待焊接面進(jìn)行預(yù)處理；
[0042]利用超聲波丙酮溶液清洗無氧純銅/鎢塊中的無氧純銅表面和鉻鋯銅合金的待焊接面lOmin，熱風(fēng)烘干；依次利用320目、600目和800目砂紙打磨無氧純銅/鎢塊中的無氧純銅表面和鉻鋯銅合金待焊接表面；并利用20wt.%硝酸溶液清洗待連接表面3分鐘；然后去離子水、酒精超聲波清洗后脫水干燥；
[0043]步驟3.2、將鎢/無氧純銅塊與鉻鋯銅合金在真空熱壓爐中進(jìn)行焊接；
[0044]將鎢/無氧純銅塊和銅合金塊放入模具中進(jìn)行裝配，自上而下分別為鎢、無氧純銅和鉻鋯銅合金；然后放入真空熱壓爐中，采用對接方式進(jìn)行連接，將鎢/無氧純銅塊置于鉻鋯銅合金之上，將無氧純銅表面和鉻鋯銅合金待焊表面相對；工作真空度優(yōu)于5X 10_3Pa，加熱速率15°C /min，在400°C保溫30min ;加熱溫度至550°C，保溫時間4h，保溫過程中，在鎢塊表面施加壓力30MPa。加熱完畢后，卸載壓力，樣品隨爐冷卻至室溫；
[0045]步驟3.3、將焊接后的鎢/無氧純銅/鉻鋯銅合金復(fù)合快進(jìn)行機械加工，形成所需的鶴銅|旲塊；
[0046]將焊接后的鎢/無氧純銅/鉻鋯銅合金復(fù)合快進(jìn)行機械加工去掉多余的變形無氧純銅；在鉻鋯銅合金熱沉中鉆孔加工冷卻水通道；在鉻鋯銅合金熱沉上加工接頭；通過線切割將鎢塊和無氧純銅塊在橫向、縱向進(jìn)行開槽，加工成為網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，線切割深度為大于鎢塊厚度1mm，切割后小鶴塊之間的間距為0.5mm,小鶴塊的尺寸20 X 20mm。
[0047]實施例2、
[0048]一種用于聚變裝置高熱負(fù)荷部件的鎢銅模塊制備方法，具體包括如下步驟:
[0049]步驟1、選擇合適尺寸的鎢、無氧純銅以及鉻鋯銅熱沉材料進(jìn)行鎢銅模塊制備，其中，鶴選用尺寸30mmX30mm,厚度為8mm的工業(yè)生產(chǎn)的鶴；適應(yīng)層選用厚度2mm的無氧純銅；鉻錯銅合金熱沉選用尺寸35mmX 35mm,厚度為25mm的材料；
[0050]步驟2、鶴表面真空燒鑄無氧純銅；
[0051]步驟2.1、對鎢和無氧純銅表面進(jìn)行預(yù)處理；
[0052]鎢和無氧純銅表面預(yù)處理，去除去表面的雜質(zhì)、油污和氧化膜:將純鎢和鉻鋯銅合金放入丙酮溶液中超聲波清洗lOmin，熱風(fēng)烘干；依次利用320目、600目和800目砂紙打磨鎢塊表面，利用配比為65%硝酸:40%氫氟酸=4:1的溶液清洗鎢表面3分鐘；利用320目砂紙打磨無氧純銅表面；然后去離子水、酒精超聲波清洗；最后脫水干燥。
[0053]步驟2.2、鎢表面真空澆鑄無氧純銅；
[0054]將鎢和無氧純銅放入模具中進(jìn)行裝配，無氧純銅塊在上，鎢塊在下；然后放入真空加熱爐中，工作真空度優(yōu)于5X10_3Pa，加熱速率25°C/min，分別在400°C、800°C保溫30min ；加熱溫度至1200°C，保溫時間20min。加熱完畢后，樣品隨爐冷卻至室溫；
[0055]在真空加熱爐中取出鎢/無氧純銅塊，然后將無氧純銅表面加工平整，去掉表面縮孔等缺陷，然后將無氧純銅邊角去除，加工與鎢塊平整，保持無氧純銅適應(yīng)層厚度為2mm。
[0056]步驟3、將步驟2中獲得的鎢/無氧純銅塊與鉻鋯銅合金進(jìn)行焊接后，形成所需的鶴銅1旲塊；
[0057]步驟3.1、將鎢/無氧純銅塊中的無氧純銅表面和鉻鋯銅合金的待焊接面進(jìn)行預(yù)處理；
[0058]利用超聲波丙酮溶液清洗無氧純銅/鎢塊中的無氧純銅表面和鉻鋯銅合金的待焊接面lOmin，熱風(fēng)烘干；依次利用320目、600目、800目和1200目砂紙打磨無氧純銅/鎢塊中的無氧純銅表面和鉻鋯銅合金待焊接表面；并利用20wt.%硝酸溶液清洗待連接表面5分鐘；然后去離子水、酒精超聲波清洗后脫水干燥；
[0059]步驟3.2、將鎢/無氧純銅塊與鉻鋯銅合金在真空熱壓爐中進(jìn)行焊接；
[0060]將鎢/無氧純銅塊和銅合金塊放入模具中進(jìn)行裝配，自上而下分別為鎢、無氧純銅和鉻鋯銅合金；然后放入真空熱壓爐中，采用對接方式進(jìn)行連接，將鎢/無氧純銅塊置于鉻鋯銅合金之上，將無氧純銅表面和鉻鋯銅合金待焊表面相對；工作真空度優(yōu)于5X 10_3Pa，加熱速率17°C /min，在400°C保溫30min ;加熱溫度至600°C，保溫時間5h，保溫過程中，在鎢塊表面施加壓力20MPa。加熱完畢后，卸載壓力，樣品隨爐冷卻至室溫；
[0061]步驟3.3、將焊接后的鎢/無氧純銅/鉻鋯銅合金復(fù)合快進(jìn)行機械加工，形成所需的鶴銅|旲塊；
[0062]將焊接后的鎢/無氧純銅/鉻鋯銅合金復(fù)合快進(jìn)行機械加工去掉多余的變形無氧純銅；在鉻鋯銅合金熱沉中鉆孔加工冷卻水通道；在鉻鋯銅合金熱沉上加工接頭；通過線切割將鎢塊和無氧純銅塊在橫向、縱向進(jìn)行開槽，加工成為網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，線切割深度為大于鎢塊厚度1mm，切割后小鶴塊之間的間距為1mm，小鶴塊的尺寸15 X 15mm。
[0063]實施例3、
[0064]一種用于聚變裝置高熱負(fù)荷部件的鎢銅模塊制備方法，具體包括如下步驟:
[0065]步驟1、選擇合適尺寸的鎢、無氧純銅以及鉻鋯銅熱沉材料進(jìn)行鎢銅模塊制備，其中，鶴選用尺寸60mmX 60mm,厚度為1mm的工業(yè)生產(chǎn)的鶴；適應(yīng)層選用厚度3mm的無氧純銅；鉻錯銅合金熱沉選用尺寸65mmX65mm,厚度為30mm的材料；
[0066]步驟2、鎢表面真空澆鑄無氧純銅；；
[0067]步驟2.1、對鎢和無氧純銅表面進(jìn)行預(yù)處理；
[0068]鎢和無氧純銅表面預(yù)處理，去除去表面的雜質(zhì)、油污和氧化膜:將純鎢和鉻鋯銅合金放入丙酮溶液中超聲波清洗lOmin，熱風(fēng)烘干；依次利用320目、600目、800目和1200目砂紙打磨鎢塊表面，利用配比為65%硝酸:40%氫氟酸=4:1的溶液清洗鎢表面3分鐘；利用320目砂紙打磨無氧純銅表面；然后去離子水、酒精超聲波清洗；最后脫水干燥。
[0069]步驟2.2、鎢表面真空澆鑄無氧純銅；；
[0070]將鎢和無氧純銅放入模具中進(jìn)行裝配，無氧純銅塊在上，鎢塊在下；然后放入真空加熱爐中，工作真空度優(yōu)于5X10_3Pa，加熱速率30°C/min，分別在400°C、800°C保溫30min ；加熱溫度至1280°C，保溫時間15min。加熱完畢后，樣品隨爐冷卻至室溫；
[0071]在真空加熱爐中取出鎢/無氧純銅塊，然后將無氧純銅表面加工平整，去掉表面縮孔等缺陷，然后將無氧純銅邊角去除，加工與鎢塊平整，保持無氧純銅適應(yīng)層厚度為3mm。
[0072]步驟3、將步驟2中獲得的鎢/無氧純銅塊與鉻鋯銅合金進(jìn)行焊接后，形成所需的鶴銅1旲塊；
[0073]步驟3.1、將鎢/無氧純銅塊中的無氧純銅表面和鉻鋯銅合金的待焊接面進(jìn)行預(yù)處理；
[0074]利用超聲波丙酮溶液清洗無氧純銅/鎢塊中的無氧純銅表面和鉻鋯銅合金的待焊接面lOmin，熱風(fēng)烘干；依次利用320目、600目和800目砂紙打磨無氧純銅/鎢塊中的無氧純銅表面和鉻鋯銅合金待焊接表面；并利用20wt.%硝酸溶液清洗待連接表面5分鐘；然后去離子水、酒精超聲波清洗后脫水干燥；
[0075]步驟3.2、將鎢/無氧純銅塊與鉻鋯銅合金在真空熱壓爐中進(jìn)行焊接；
[0076]將鎢/無氧純銅塊和銅合金塊放入模具中進(jìn)行裝配，自上而下分別為鎢、無氧純銅和鉻鋯銅合金；然后放入真空熱壓爐中，采用對接方式進(jìn)行連接，將鎢/無氧純銅塊置于鉻鋯銅合金之上，將無氧純銅表面和鉻鋯銅合金待焊表面相對；工作真空度優(yōu)于5X 10_3Pa，加熱速率20°C /min，在400°C保溫30min ;加熱溫度至500°C，保溫時間3h，保溫過程中，在鎢塊表面施加壓力50MPa。加熱完畢后，卸載壓力，樣品隨爐冷卻至室溫；
[0077]步驟3.3、將焊接后的鎢/無氧純銅/鉻鋯銅合金復(fù)合快進(jìn)行機械加工，形成所需的鶴銅|旲塊；
[0078]將焊接后的鎢/無氧純銅/鉻鋯銅合金復(fù)合快進(jìn)行機械加工去掉多余的變形無氧純銅；在鉻鋯銅合金熱沉中鉆孔加工冷卻水通道；在鉻鋯銅合金熱沉上加工接頭；通過線切割將鎢塊和無氧純銅塊在橫向、縱向進(jìn)行開槽，加工成為網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，線切割深度為大于鎢塊厚度1mm，切割后小鶴塊之間的間距為1mm，小鶴塊的尺寸15 X 15mm。
【權(quán)利要求】
1.一種用于聚變裝置高熱負(fù)荷部件的鎢銅模塊結(jié)構(gòu)，其特征在于:該鎢銅模塊結(jié)構(gòu)包括自上至下的三層結(jié)構(gòu)為:鎢(I)、無氧純銅適應(yīng)層(2)和鉻鋯銅合金熱沉材料(3)，其中，無氧純銅適應(yīng)層(2)中的氧含量小于1ppm;鉻鋯銅合金熱沉材料(3)材料含量為:Cr含量0.6-0.8wt.%，Zr 含量 0.07-0.15wt.%，其余為銅。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于聚變裝置高熱負(fù)荷部件的鎢銅模塊結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的鶴(I)的厚度為5?1mm ;鉻錯銅合金熱沉材料(3)的厚度為20?25mm。
3.—種如權(quán)利要求1所述的用于聚變裝置高熱負(fù)荷部件的鎢銅模塊制備方法，其特征在于:該制備方法具體包括如下步驟: 步驟1、選擇合適尺寸的鎢、無氧純銅以及鉻鋯銅合金熱沉材料進(jìn)行鎢銅模塊制備； 步驟2、鎢表面真空澆鑄無氧純銅； 步驟2.1、對鎢和無氧純銅表面進(jìn)行預(yù)處理； 鎢和無氧純銅表面預(yù)處理，去除去表面的雜質(zhì)、油污和氧化膜； 步驟2.2、鎢表面真空澆鑄無氧純銅；將鎢和無氧純銅放入模具中進(jìn)行裝配，無氧純銅塊在上，鎢在下；然后放入真空加熱爐中，工作真空度優(yōu)于5X10_3Pa，加熱速率20?30°C /min，分別在400°C、800°C保溫30min ；加熱溫度至1200°C?1280°C，保溫時間15?30min。加熱完畢后，樣品隨爐冷卻至室溫；步驟3、將步驟2中獲得的鎢/無氧純銅塊與鉻鋯銅合金進(jìn)行焊接后，形成所需的鎢銅模塊； 步驟3.1、將鎢/無氧純銅塊中的無氧純銅表面和鉻鋯銅合金的待焊接面進(jìn)行預(yù)處理； 步驟3.2、將鎢/無氧純銅塊與鉻鋯銅合金在真空熱壓爐中進(jìn)行焊接； 將鎢/無氧純銅塊和銅合金塊放入模具中進(jìn)行裝配，自上而下分別為鎢、無氧純銅和鉻鋯銅合金；然后放入真空熱壓爐中，采用對接方式進(jìn)行連接，將鎢/無氧純銅塊置于鉻鋯銅合金之上，將無氧純銅表面和鉻鋯銅合金待焊表面相對；工作真空度優(yōu)于5 X10_3Pa，力口熱速率15-20°C /min，在400°C保溫30min ;加熱溫度至500°C?600°C，保溫時間3?5h，保溫過程中，在鎢塊表面施加壓力20?50MPa。加熱完畢后，卸載壓力，樣品隨爐冷卻至室溫； 步驟3.3、將焊接后的鎢/無氧純銅/鉻鋯銅合金復(fù)合快進(jìn)行機械加工，形成所需的鎢銅模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于聚變裝置高熱負(fù)荷部件的鎢銅模塊制備方法，其特征在于:所述的步驟2.1中鎢和無氧純銅表面預(yù)處理的具體步驟為:將鎢和鉻鋯銅合金放入丙酮溶液中超聲波清洗lOmin，熱風(fēng)烘干；依次利用320目、600目和800目砂紙打磨鎢塊表面，利用配比為65%硝酸:40%氫氟酸=4:1的溶液清洗鎢表面3分鐘；利用320目砂紙打磨無氧純銅表面；然后去離子水、酒精超聲波清洗；最后脫水干燥。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于聚變裝置高熱負(fù)荷部件的鎢銅模塊制備方法，其特征在于:所述的步驟I中鶴尺寸30?60mmX 30?60mm,厚度為5?1mm ;無氧純銅適應(yīng)層厚度I?3_ ;絡(luò)錯銅合金熱沉尺寸35?65_X35?65mm,厚度為25?30_。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于聚變裝置高熱負(fù)荷部件的鎢銅模塊制備方法，其特征在于:所述的步驟3.1的具體步驟為:利用超聲波丙酮溶液清洗無氧純銅/鎢塊中的無氧純銅表面和鉻鋯銅合金的待焊接面lOmin，熱風(fēng)烘干；依次利用320目、600目和800目砂紙打磨無氧純銅/鎢塊中的無氧純銅表面和鉻鋯銅合金待焊接表面；并利用20wt.%硝酸溶液清洗待連接表面5分鐘；然后去離子水、酒精超聲波清洗后脫水干燥。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于聚變裝置高熱負(fù)荷部件的鎢銅模塊制備方法，其特征在于:所述的步驟3.3具體為: 將焊接后的鎢/無氧純銅/鉻鋯銅合金復(fù)合快進(jìn)行機械加工去掉多余的變形無氧純銅；在鉻鋯銅合金熱沉中鉆孔加工冷卻水通道；在鉻鋯銅合金熱沉上加工接頭；通過線切割將鎢塊和無氧純銅塊在橫向、縱向進(jìn)行開槽，加工成為網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，線切割深度為大于鎢塊厚度1mm，切割后小鶴塊之間的間距為0.5?1mm，小鶴塊的尺寸15?20X15?20mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于聚變裝置高熱負(fù)荷部件的鎢銅模塊制備方法，其特征在于:所述的步驟2.2進(jìn)一步包括: 在真空加熱爐中取出鎢/無氧純銅塊，然后將無氧純銅表面加工平整，去掉表面縮孔等缺陷，然后將無氧純銅邊角去除，加工與鎢塊平整。
【文檔編號】B23P15/00GK104416973SQ201310403372
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年9月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月6日
【發(fā)明者】練友運, 劉翔, 封范 申請人:核工業(yè)西南物理研究院