C/C復合材料在核能系統(tǒng)中的應用進展

王富強， 陳 建， 崔 紅， 嵇阿琳， 謝 棟

(1.西安工業(yè)大學 材料與化工學院 陜西 西安710021；2.西安航天復合材料研究所 陜西 西安710025)

受控熱核聚變能是一種理想的能源，被認為是有效解決人類未來能源需求的主要途徑。聚變能的科學可行性已在磁約束聚變裝置托卡馬克(Tokamak)中得到驗證。20世紀80年代設立了國際熱核試驗堆計劃(ITER)，在21世紀初確定了設計概要，標志著熱核聚變技術從基礎研究階段進入了工程可行性階段[1,2]。繼ITER之后，關于聚變材料研究的大型國際合作項目—國際聚變材料輻照裝置(IFMIF)啟動，對材料進行工程可行性檢驗，以建立聚變商用示范堆(DEMO)設計建造所需的數(shù)據(jù)庫[3]，但若要有效利用聚變能還存在諸多技術難題，其中關鍵問題之一是面向高溫等離子體材料(PFMs)的選擇，包括第一壁(FW)、偏濾器、限制器裝甲材料等。歐盟、日本、美國等國對PFMs進行了深入系統(tǒng)的研究，并建立了相關材料數(shù)據(jù)庫，國外聚變工藝與材料開發(fā)研究投入約占聚變研究總投入的22%，而國內(nèi)聚變堆材料研究投入則小于0.5%[4，5]。

C/C復合材料(以下簡稱C/C材料)是碳纖維增強的碳基體復合材料，具有低密度、高比強度、高比模量、低熱膨脹系數(shù)、耐燒蝕、耐熱沖擊等一系列優(yōu)異性能，在2 000 ℃以上的高溫非氧化氣氛下仍可維持數(shù)百兆帕的拉伸強度。C/C材料結構可設計性強，強度、熱導率等性能參數(shù)可調(diào)，常作為耐高溫工程材料使用。目前，C/C材料已成功應用于導彈頭錐、固體火箭發(fā)動機噴管、飛機剎車盤、熱交換器等部件。……