擴(kuò)散連接技術(shù)在核聚變反應(yīng)堆包層模塊制造中的應(yīng)用

劉晨曦，劉永長，周曉勝，馬宗青，王穎，李會軍，楊建國

（天津大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點實驗室，天津 300072）

隨著經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展和人口不斷膨脹，全世界對能源的需求日益增加。中國作為全世界最大的發(fā)展中國家，能源及環(huán)保壓力問題尤其突出。核聚變能作為一種清潔能源，具有來源豐富、極少的溫室氣體和放射性核污染廢料排放、安全性高等優(yōu)點，可期待成為傳統(tǒng)化石能源的替代品。目前，以聚變能為目標(biāo)的ITER計劃已經(jīng)成為全球規(guī)模最大、影響最深遠(yuǎn)的國際科研合作項目之一［1—4］。ITER計劃的實施結(jié)果將決定人類是否能大規(guī)模地使用聚變能，從而有望從根本上解決世界能源問題，徹底解決能源危機(jī)［5—6］。

實驗包層模塊（Test Blanket Modules，TBM）是磁約束核聚變實驗堆的核心部件之一，主要用于氚增殖和能量獲取，處于聚變反應(yīng)堆裝置中中子流強(qiáng)度最高、熱流密度最大的位置，直接面對等離子體，服役環(huán)境十分惡劣，因此TBM所使用的材料除要求較好的常規(guī)力學(xué)性能之外，還應(yīng)具有耐高溫、抗輻照、耐腐蝕、低活化等性能［7—8］。目前主要的TBM候選結(jié)構(gòu)材料有:低活化馬氏體/鐵素體鋼（Reduced Activation Ferritic/Martensitic steels，RAFM 鋼）、氧化物彌散強(qiáng)化鋼（Oxide Dispersion Strengthened steel，ODS鋼）、Ni基合金、W合金、V合金、C基材料及SiC復(fù)合材料等［9—12］。此外，由于 TBM 的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大，各部件之間需要采用焊接等方法實現(xiàn)穩(wěn)固連接。眾所周知，由于傳統(tǒng)熔化焊工藝的焊接過程中存在液-固相高溫?zé)嵫h(huán)及焊縫區(qū)域的非平衡凝固，通常會引起焊接接頭的組織及性能退化，成為結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，從而影響聚變堆的安全可靠運行。……