中文摘要：

辐照引起的材料结构与性能演化机理和高性能抗辐照材料研发一直是先进核能材料研发中的研究热点。本项目针对如何提高钨基合金材料的力学性能和抗辐照性能的问题，利用铜或铬与钨互不相溶的特性以及先进的放电等离子烧结技术，来制备高稳定性高致密的钨/铜或钨/铬纳米复合块体材料；采用离子辐照、X射线衍射、热分析、微结构分析、力学测量、内耗测量和正电子湮灭等方法，研究纳米晶材料的热稳定性、力学性能、晶态-非晶态转变量和辐照缺陷浓度等随辐照剂量和晶粒尺寸的变化规律，分析纳米复合材料的力学性能和抗辐照性能的优化机理，确定钨/铜或钨/铬纳米晶材料的最佳晶粒尺寸。项目预期将提供高稳定性的钨/铜或钨/铬纳米晶块体材料的制备技术，建立纳米晶材料辐照损伤的物理图像。项目的研究成果对于新型高稳定性纳米晶块体金属材料的研发具有重要意义，可以为钨基合金材料的性能优化和最终应用于热核聚变反应堆提供科学依据。

结论摘要：

钨基材料由于具有高熔点、高溅射阈值、低氚滞留、低热膨胀系数等优点，成为国际热核聚变堆最有希望的候选壁材料。然而纯钨存在室温脆性、再结晶脆化以及辐照脆化等缺点。研究表明，纳米材料由于具有大量晶界，可以吸收辐照产生的点缺陷，从而被认为具有更好的抗辐照性能，同时改善其脆性。 本项目采用新型烧结技术如放电等离子烧结、微波烧结等快速烧结技术，有效解决了钨样品在高温烧结过程中的晶粒粗化问题。得到了制备高致密（97%以上）、细晶粒（亚微米至微米尺寸）钨材料的成熟工艺，在致密度和晶粒尺寸两个方面优于国内外同行。 通过少量纳米尺寸氧化物颗粒的添加，抑制了钨晶粒的长大，有效提高了钨材料的高温稳定性、再结晶温度和高温强度。所制备的W-1% Y2O3的室温硬度为6.91 GPa，比纯W提高35%以上，而平均晶粒尺寸为700纳米，也仅为纯钨的1/4。热导率达到130 W/m K。 针对钨材料的薄弱环节—晶界，我们通过微量活性元素Zr的添加对钨中杂质元素的调控作用以及对钨晶界的强化作用。采用放电等离子烧结法制备了不同组分的W-Zr合金，相对致密度达97%。所制备的W-0.2wt%Zr的断口存在部分穿晶断裂，说明钨晶界得到加强。其拉伸强度和延伸率都比纯W材料提高35%以上。 为了降低钨基材料的晶粒尺寸，利用W-Cu的互不相容性，采用溶胶凝胶方法和氢气还原，制得均匀分布的纳米W-Cu复合粉体。烧结得到致密度为97%的晶粒尺寸为600纳米的W-15%Cu包覆材料，热导率达到187 W/(m﹒K)。 利用W-Cr的互不相容性，通过控制W-Cr合金的调幅分解，实现了纳米结构W-Cr合金的制备。所制备的W-5%Cr材料致密度达99%。在细晶粒（平均粒径为3.4μm）的W-Cr合金内部，调幅分解后，得到尺寸约为40nm的富W亚晶粒结构，其韦氏硬度高达780 Hv。W-Cr调幅分解相关的工作提供了制备纳米结构钨基材料的新思路。 通过严重塑性变形法将块体试样的晶粒细化最低至亚微米程度。采用我们制作的ECAP模具，对纯钨进行挤压处理，使钨的晶粒尺寸由最初的约7微米细化至约0.9微米。超细晶钨在强度与韧性（室温）都得到明显的提高。这对于高性能钨基材料的生产具有十分重要的意义。