掺杂物的物理性能

1. ZrO2的晶体结构及其晶格常数

ZrO2颗粒强度很高, 穿晶断裂基本不会发生, 所以材料的断裂大多数是沿晶断裂, 同时由于颗粒间的结合力相较于颗粒本身较弱, 当裂纹扩展遇到颗粒时,虽然传递给颗粒的应力小于颗粒的断裂强度, 但当产生的剪切应力大于界面结合力时, 颗粒便拔出, 从而形成韧窝状结构 .

在1100℃以上形成四方晶体，在1900℃以上形成立方晶体。氧化锆有三种晶体形态：单斜、四方、立方晶相。常温下氧化锆只以单斜相出现

2. Y2O3的晶体结构及其晶格常数

1简单六方a=b=3.81,c=6.08

2体心立方a=10.60

3面心立方a=5.264

4单斜a=13.89b=3.493c=8.611β=100.27°

5单斜a=13.88,b=3.513 c=8.629 β=100.09

3. La2O3的晶体结构及其晶格常数

1简单六方a=b=3.937

2体心立方a=11.32

3简单六方a=b=4.039, c=6.403

4简单立方a=b=4.057, c=6.430

5 体心立方a=b=c4.51

Song与Wang曾通过外加ZrCp颗粒的方式制备了ZrCp用基复合材料，实验证实，ZrC与W相溶性好，热膨胀系数相近，在W合金中加一定量的ZrC能极高增强材料的高温强度以及提高抗氧化、抗烧蚀性能。ZrC也可与W形成(Zr,W)C固溶体而达到固溶强化效果。ZrC的加入还可抑制W晶粒的长大，有利于提高断裂韧性。

在金属基复合材料中，所用的颗粒类增强材料主要有碳化物(如SiC、TiC、WC等)、氮化物(Si3N4、AlN等)、硼化物(TiB2、B4C等)、氧化物(A12O3、TiO2、ZrO2等)等，其中最常用的为碳化物及氧化物。氧化物中熔点超过3000℃的只有ThO2(熔点3050℃)，虽然氧化物有最好的抗氧化烧蚀性能，但要用于高温环

境(>3050℃)下其熔点还不够高。对于W/A12O3和W/ZrO2来说，W与A12O3界面发生反应的临界温度约为1980℃，W与ZrO2界面发生反应的临界温度约为1900℃，这种界面反应会严重损害界面性能以至于影响复合材料性能。

在综合分析前人和本文作者自己先期工作的基础上，本文认为采用W作基体和难熔碳化物作增强体来构成复合材料是一种结合了难熔金属好的高温塑性、高热导率、高抗热震性能及碳化物较好的耐氧化性、抗烧蚀性的较优方案。

在选择碳化物作为增强体材料时，应该注意以下问题：

(l)碳化物与钨基体要有好的界面结合强度，不应发生有害于性能的化学反应；(2)碳化物与钨的热膨胀系数和弹性模量相差尽量小以降低二者之间的热残余应力和热负荷过程中的热失配应力；

(3)在保证(l)、(2)点的前提下，碳化物的熔点要高，以保证抗熔化烧蚀和高的高温强度；

(4)碳化物价格要低，来源丰富，以降低成本。

TiC是满足以上条件的碳化物之一。TiC是过渡族元素Ti与C形成的一种非化学计量的碳化物，即TICx，(0.5

中间有序相，如Ti2C、Ti3C2、Ti2C3等，它们的晶体结构和性质的不同将对Ti 的性能产生很大影响。

TiC的密度低(4.939/cm)、熔点高(3067℃)、硬度高(Hv=32.9GPa)，具有很高的热稳定性，烧结过程中晶粒长大趋势小，抗热震性能优良，抗氧化性较好，在2230℃时的蒸气压为1.10×10-2Pa；TiC能被Ni、Co、Fe和Cr等元索所润湿，且能与MoC、WC、TaC、NbC、VC等碳化物形成固溶体，以及具有好的力学性能。TiC作为一种增强相被广泛用于增强金属基复合材料和陶瓷基复合材料。

选择TiC为增强相，以W为基体，制备TiC颗粒增强W基复合材料，研究材料的致密度、低温脆性、低温强度、维氏显微硬度、热负荷等性能，以期达到最佳的性能，指导聚变装置面对等离子体第一壁材料的设计与制备。