微量元素（Ti、Zr、C）对核聚变堆钨基材料的强韧化及机理研究

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基本信息

  • 批准号：
    51301164
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    25.0万
  • 负责人：
    刘瑞
  • 依托单位：
    中国科学院合肥物质科学研究院
  • 学科分类：
    E0103.金属材料使役行为与表面工程
  • 结题年份：
    2016
  • 批准年份：
    2013
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2014-01-01 至2016-12-31

项目摘要

The development of fusion requires that tungsten-based plasma facing materials (PFM) have high performance, such as high room temperature toughness, high temperature strength, high recrystallization temperature and good irradiation resistance. However, pure tungsten exhibits severe embrittlement in several aspects, including room temperature brittleness, recrystallization brittleness and irradiation-induced brittleness. The low temperature brittleness of tungsten is strongly related to the segregation of trace interstitial impurity elements (O, C, N) on grain boundaries, which forms brittle membrane layer and decreases the bonding strength of grains, and thus results in brittle fracture. Therefore, controlling the distribution and forms of interstitial impurity elements (C, N, O), and strengthening grain boundaries become key points of improving mechanical properties of tungsten.?Therefore, in this project, the W-Zr-Ti-C alloys will be synthesized by spark plasma syntering method and/or microwave sintering method, the interaction between micro-alloying elements (Ti, Zr) and interstitial impurity elements (O, C, N), and the effect of micro-alloying on mechanical properties of tungsten and its mechanism would be studied. More specially, the influence of impurities in the grain boundaries on the mechanical properties and the effects of trace Ti, Zr and C on the cleaning and strengthening of grain boundaries will be concerned. The results of this project will provide theoretical and experimental foundation for the development of high-performance tungsten-based materials.
核聚变堆的开发要求面向等离子体钨基材料具有良好的室温韧性、高温强度、高的再结晶温度以及优越的抗辐照性能。然而，纯钨存在低温脆性、再结晶脆性、辐照脆化等缺点。其中，引起钨低温脆性的主要原因是O、C、N等杂质元素偏聚在晶界形成脆化层膜，造成晶界结合强度降低，从而导致晶间脆断。因此，如何调控钨晶界中杂质元素的分布、存在形态，净化与强化晶界，减少间隙杂质原子对晶界的脆化作用，是提高钨基材料力学性能的关键。对此，本项目将采用放电等离子烧结或微波烧结法制备W-Ti-Zr-C系块体合金，研究微量合金元素Zr、Ti等对钨中的O、N、C等间隙杂质原子的分布及存在形态的调控作用，以及对钨基材料力学性能的影响机制，特别关注晶界杂质含量对力学性能的影响规律以及Zr和Ti添加的晶界的净化和强化作用。项目研究成果将为高性能钨基材料的开发提供科学依据。

结项摘要

钨基材料由于具有高熔点、抗溅射、高热导率、低氚滞留等优点，是最有希望的聚变堆面向等离子体壁候选材料。然而，钨存在室温脆性、再结晶脆性、辐照脆化等不足，限制了其在聚变堆中的应用。钨中的微量杂质元素如O，C，N等在晶界处偏聚形成脆化膜层，是导致钨晶界结合力降低和低温韧性差的主要原因。因此，如何调控晶界中杂质元素的含量、分布和存在形态，减少杂质原子对晶界的脆化作用，是提高钨基材料力学性能的关键。本项目研究了微量Zr/Ti及其碳化物ZrC/TiC对钨基材料微结构和力学性能的影响机制，发现微量Zr/Ti能够与杂质O形成稳定的氧化物，从而净化钨晶界，提高低温韧性，但会降低钨的高温性能。通过在钨中添加高熔点的稀土氧化物颗粒，细化钨晶粒、提高钨合金的高温性能，同时添加微量Zr净化/强化晶界，提高韧性，制备了高强度、良好低温韧性的钨合金。在钨中添加少量ZrC纳米颗粒，不仅能够阻碍位错和晶界移动，细化晶粒，提高强度、在结晶温度，还能与杂质O生成Zr-C-O颗粒，从而降低O对晶界的脆化作用、提高韧性。在小样品优化的基础上，采用球磨+烧结+旋锻/热轧，制备了高性能钨合金棒材和板材。基于晶界净化/强化、弥散强化，成功研制出具有细晶粒（~1微米）、高强度/韧性、高再结晶温度的W-ZrC合金板材（10~15公斤/块），同时W-ZrC合金还具有优异的抗高热负荷冲击性能和抗等离子体辐照性能，成为最有希望的聚变堆面向等离子体壁材料之一。钨合金强韧化机理的相关为高性能钨基材料的研制打下了良好基础。

项目成果

期刊论文数量（13）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（0）
Effect of hot rolling and annealing on the mechanical properties and thermal conductivity of W-0.5wt.% TaC alloys
效果%20of%20hot%20轧制%20and%20退火%20on%20the%20mechanical%20properties%20and%20therm%20conductivity%20of%20W-0.5wt.%%20TaC%20合金
  • DOI：
    10.1016/j.ijrmhm.2015.12.004
  • 发表时间：
    2016
  • 期刊：
    International Journal of Refractory Metals and Hard Materials
  • 影响因子：
    3.6
  • 作者：
    C.S. Liu;G.N. Luo;X. Liu;Y.Y. Lian
  • 通讯作者：
    Y.Y. Lian
Effect of high temperature swaging and annealing on the mechanical properties and thermal conductivity of W–Y2O3
高温锻压和退火对W−Y2O3力学性能和导热系数的影响
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2015
  • 期刊：
    Journal of Nuclear Materials
  • 影响因子：
    3.1
  • 作者：
    X.P. Wang;Q.F. Fang;C.S. Liu;G.N. Luo
  • 通讯作者：
    G.N. Luo
Extraordinary high ductility/strength of the interface designed bulk W-ZrC alloy plate at relatively low temperature
界面设计的大块 W-ZrC 合金板在相对较低的温度下具有极高的延展性/强度
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2015
  • 期刊：
    Scientific Reports
  • 影响因子：
    4.6
  • 作者：
    Liu; C. S.;Luo; G. N.;Lian; Y. Y.;Liu; X.
  • 通讯作者：
    X.
The microstructure and microhardness of W–5wt% Cr alloy fabricated by spark plasma sintering
%20显微组织%20和%20显微硬度%20of%20W—5wt%%20Cr%20合金%20fabricated%20by%20spark%20plasma%20sintering
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2014
  • 期刊：
    Journal of Alloys and Compounds
  • 影响因子：
    6.2
  • 作者：
    R. Liu;X.P. Wang;Q.F. Fang;C.S. Liu
  • 通讯作者：
    C.S. Liu
Grain growth behavior and mechanical properties of zirconium micro-alloyed and nano-size zirconium carbide dispersion strengthened tungsten alloys
锆微合金化和纳米碳化锆弥散强化钨合金的晶粒长大行为和力学性能
  • DOI：
    10.1098/rsif.2019.0293
  • 发表时间：
    2015
  • 期刊：
    International Journal of Refractory Metals and Hard Materials
  • 影响因子：
    3.6
  • 作者：
    Q.F. Fang;S. Miao;X.P. Wang;C.S. Liu
  • 通讯作者：
    C.S. Liu

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钨-锆-氧化钇合金及其制备方法
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    王先平
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  • 通讯作者：
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  • 通讯作者：
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  • 发表时间：
    2017
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  • 作者：
    满达;赵建民;刘瑞;等.
  • 通讯作者：
    等.

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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