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面向等离子体材料与可控核聚变_葛昌纯

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高中化学我国核聚变堆材料研究获重要进展

高中化学我国核聚变堆材料研究获重要进展

我国核聚变堆材料研究获重要进展研制出基于功能梯度材料的六种第一壁候选材料，其中五种国际上未见报道本报记者温新红记者日前从北京科技大学获悉，与本世纪最受关注的科学项目——国际热核聚变实验反应堆(ITER)计划相关的热核聚变堆实验装置中面向高温等离子体的第一壁材料研究取得重要进展，该校材料学院教授、中科院院士葛昌纯领导课题组经10年努力研制出6个体系的基于功能梯度材料（Functionally Graded Materials, 简称 FGM）的第一壁候选材料，目前此项研究在国际上处于领先水平。

聚焦受控热核聚变第一壁材料2006年11月21日，科技部部长徐冠华代表中国政府签署了ITER计划的联合实验协定及相关文件。

一直主张中国加入ITER的葛昌纯认为，中国此次加入ITER，分担了一部分研究项目，但接下来的工作还有很多，国内相关领域的科学家应该提早研究，争取尽早建立起示范聚变堆和商用聚变堆。

葛昌纯是研究先进材料的专家，他说，从工程角度看，相关的核聚变材料已成为制约核聚变能走向实用的关键之一，非常重要的一类是面向等离子体应用的材料，尤其是处于高热负荷下的偏滤器部件。

据介绍，单一材料或涂层材料已不能满足前沿科研领域发展的需求，例如用于航天飞行器上、需要承受1000摄氏度以上高温度落差的材料。

但通常的涂层材料，如金属表面的陶瓷涂层，由于陶瓷和金属的膨胀系数相差很大，反复多次就会开裂。

同样，核聚变装置也需要耐高温、耐腐蚀、耐冲刷的新材料。

葛昌纯说，核聚变装置的真空室相当于一个装入高温等离子体的炉子，最受考验的是直接面向高温等离子体的内壁，即第一壁材料。

氘氚聚变反应产生大量的高能中子和?琢粒子、电磁辐射，它们和等离子体离子、快原子和其他从等离子体逃逸出的粒子（氘、氚和杂质）以及高达1MW/m2的热负荷、脉冲运行状态和高交变热应力一起，强烈地作用于第一壁。

人类到目前为止还没有遇到过工作环境这么复杂的材料。

另一种材料是在等离子体出口处的偏滤器材料，这里的热流密度更高，达到6~10MW/m2，在不正常条件下甚至高达 20~100MW/m2。

2010科技成果管理与研究科技影响力人物

2010科技成果管理与研究科技影响力人物

李 明 中石油勘探 院塔里木 分院院长 我国著名石 油地质 专家
１９ 年，他在吉林油田薄互层的预测工作 中， ９９ 应用三维解释、 小断层倾角检测和高精度多参数反演等配 套技 术，圆满完成了任务 ， 保 证了 吉林 油田 重组工作的顺利进行； ０１ 他参加了 “ ２０年， 大庆北部 深层火山岩气藏的储层预测方法研究”， 运用火 山岩区域预测、目标 预测 储层预测等综 合技术方法， 在徐家 围子地区打 了＿口深探 井， 并取得单井 日 产气５万立方米、 １ 预测储量千亿方的喜人成果， 为大庆 建设百年 浊田发挥 了 积极作用０ ｍ５ 他 勘探评价的长深ｌ ＃； ２ 井取得
李国坤 我 国著名发明家 、物理学家
他从事研究电磁磁路、永磁力学五十二年。１６ 年研究成功节 ９２ 能型大型磁铁。 ９９ １７年发明了拉推磁路，发明世界首台周向轴向传动 器 ，提出静磁能论 ， 其后研究出十多种产 品。先后拥有７ 项在国内外 领先的理论及创新的技术， 获得包括美国在内的４项专利。已将其创 ７ 新技术 或产品转让给２ 家企业 ， ７ 成功实现产业化， 给社会带来几千 人的就业机会。 转让 的企业总产值几十亿元， 经济效益十多 亿元， 对 节能环保做 出了 重要贡 献。 已 他 完成磁传动、 磁阻尼、 磁力泵、 磁力 釜、 全永磁悬浮风 力发电机等技 术产品创新， 并提 出 永磁力学及磁 机 电技术。 曾获得国家发明奖， 国际级新发明奖等８ 个奖项。 荣立航 天部一等功。 获第３届日 ５ 内瓦国际发明博览会最高奖特别金奖及蓝天 凳 等四爹国愿发明 等奖、 教委和ｊ京市 ２ 国家 ｃ 匕 科技进步１ 等奖、 专利金奖和发明 中国 创业特等奖等， 发布 沁文 ０ ７奈
篇， 出版著作３ 有获权中国发明及 国际专利二十余项。安绽刚院士 部， 为我国核技术应用做出了突出贡献。

核聚变研究在中国

核聚变研究在中国
度 和规 模 ， 实现 持续 、 稳 的能 量输 出 。 核聚 变 时 平 在
业 发 展 的总体 水平 。 国 自 ２ 我 ０世 纪 ６ ０年 代 初开 始
产 生上 亿 摄 氏度 的高 温和 高压 ， 是人 们 目前 还不 能
逐 渐建 立 了一 个完 整 的核 科学 技 术体 系 ， 括科 学 包 研究 、 工业 技 术 、 应用 开发 和人 才 培养 等几 个 方 面 ，
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核聚变研究在中 国
文 ｌ 步 进 徐
核工业 是 当代 高技 术 的重 要 领域 之一 。 核领 域
的基础 研究 和 技术 开发 水 平 ， 志 着一 个 国家 核 工 标
被 人类 有效 地 利用 ， 就要 实 现 能够控 制 核 聚变 的速
成新 的质 量更 重 的原 子 核 ， 伴 随着 巨大 的能量 释 并
放 的一 种核 反应 形 式 。 目前 人类 已经可 以实 现 不受 控制 的核聚 变 ， 如氢 弹 的爆 炸 。但是 要 使 聚变 能量
２ １日． 国际热 核 聚变 实验 堆 （ Ｅ 计 划正 式启 动 ， Ｉ Ｒ） Ｔ 该计 划被 称 为人 类 最终解 决 能源 问题 的最大 希望 ．
参 加 这个 计 划 的 国家 包 括 中 国 、 盟 、 欧 印度 、 日本 、
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热点 聚焦 ｌ 展 阅读 ＿ｌ 拓 ｌ 麓藏
韩 国 、 罗斯 和美 国。 俄
作为该计 划 的参 与 国 ． 国将承担 １％的责任 。 我 ０
和人 民生 活 的改 善作 出了 巨大贡 献 。 当今 世界 面 临着 困扰 人 类 的 能源 和 环 境 两 大

面向等离子体材料与可控核聚变

面向等离子体材料与可控核聚变
对聚变材料研究目前需要的是： 从堆的详细设计中得出，聚变堆对材 料性能提出的要求是什么？即这种要 求使得通过对材料的改进和工艺技术 的进步是可以达到的，同时又能满足 商用聚变堆的经济性能要求。低活性 材料使聚变能更清洁，更符合环境的 要求，从长远角度看，也更为经济(减 少后处理费用)，是材料发展的方向。 聚变材料研究发展目标是：开发新材 料，提高材料性能；理解材料在堆环 境中的行为和行为结果；建立材料数 据库，为堆工程设计提供所需数据。
术制成S i C/C 块体功能梯度材料；课 题组克服了S i C和高含量石墨不能烧结 在一起的困难，用粉末冶金技术成功 地制取了S i C/C F G M，在L a s-2000装 置上进行D+离子辐照实验，在3k e V， 4.6╳1015 D+/s.c m2的离子束辐照条件 下，其在700K时总的化学溅射产额为 石墨(S M F-800)化学溅射产额的22%， 在能量5k e V 400m A，脉冲宽度2m s的 电子束热冲击下经250次不裂。并首次 设计和制成了B4C/C功能梯度材料。
五、发明了一种采用超高压力下 通电烧结法制备超细晶粒难熔金属的 新技术。
六、发明了采用Ti基非晶焊料通过 真空钎焊的方法对掺杂石墨和铜进行 连接的新方法，试验结果和设计结果 具有很好的吻合，通过M o/C u复合中间 层的加入能够有效的缓解钎焊过程中 产生的热应力，从而获得性能优良的 掺杂石墨和铜的连接件。使用此方法 成功制备了面向等离子体模块（尺寸 为30 m m×30 m m×30 m m），高能电 子束热冲击测试结果表明所设计和制 备的掺杂石墨/铜模块具有较好的抗热 冲击性能，能承受6M W/m2的稳态热流 冲击。另外，还采用直接活性金属铸 造的新方法对石墨和铜的连接进行了 试验，该方法与国外已经报导的结果

聚变堆中面向等离子体的钼板材制备工艺研究

聚变堆中面向等离子体的钼板材制备工艺研究

ｈ ｉ ｇ ｈ ｅ ｒ ．Ｔ ｈ ｅ ｆ ｏ ｒ ｇ ｅ ｄ ｍｏ ｌ ｙ ｂ ｄ ｅ ｎ ｕ ｍ ｐ ｌ ａ ｔ ｅ ｆ ａ ｂ ｉ ｒ ｃ ａ ｔ ｅ ｄ ｂ ｙ ｔ ｈ ｅ ｂ ａ ｒ ｈ ａ ｖ ｅ ｕ ｎ ｉ ｆ ｏ ｒ ｍ ｇ ｒ ａ ｉ ｎ ｓ ｉ ｚ ｅ ａ ｎ ｄ ｕ ｎ ｉ ｆ ｏ ｒ ｍ ｔ ｅ ｎ ｓ ｉ ｌ ｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ ａ ｔ ａ ｌ １ ｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ａ ｆ ｔ ｅ ｒ ｔ ｈ ｅ ｓ ａ ｍｅ ａ ｎ ｎ ｅ ａ ｌ ｉ ｎ ｇ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ．ａ ｎ ｄ ｗｉ ｔ ｈ ｉ ｎ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ．ｉ ｔ ｃ ａ ｎ ｆ ｕ １ ｌ ｙ ｓ ａ ｔ ． ｉ ｓ ｉ ｔ ｅ ｄ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｑ ｕ ｉ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｐ ｌ ａ ｓ ｍａ ｆ ａ ｃ ｉ ｎ ｇ ｍａ ｔ ｅ ｉａ ｒ １ ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： ｐ ｌ ａ ｓ ｍａ ｆ ａ ｃ ｉ ｎ ｇ ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ；ｍｏ ｌ ｙ ｂ ｄ ｅ ｎ ｕ ｍ ｐ ｌ ａ ｔ ｅ ；ｒ ｏ ｌ ｌ ｉ ｎ ｇ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ；ｆ ｏ ｒ ｇ ｉ ｎ ｇ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ
（ １ ． 西安瑞福莱钨钼有 限公 司 ， 陕西 宝鸡 ７ ２ １ ０ １ ４ ）
（ ２ ．西部金属材料股份有 限公 司 ， 陕西 西安 摘
７ １ ０ ２ ０ １ ）
要： 通过对 比采用轧制方法 和锻造方 法生产的钼板材 的组织 和力学性 能 ， 研 究 了面 向等 离子体 钼板材 的制备

南昌大学材料科学研究所自主开发蓝色发光二极管

南昌大学材料科学研究所自主开发蓝色发光二极管

南昌大学材料科学研究所自主开发蓝色发光二极管
佚名
【期刊名称】《稀土信息》
【年(卷),期】2005(000)004
【摘要】成立于1994年3月的南昌大学材料科学研究所于2001年4月建立了
教育部发光材料与器件工程研究中心，研究工作涵盖发光材料制备、发光器件制作、发光材料生长设备的研制、发光器件应用等方面。

最近，该中心在硅衬底上获得了高质量的GaN基多量子阱LED外延材料，并研制成功硅衬底GaN蓝色发光二极管。

用该外延材料的芯片合格率达87％，
【总页数】1页(P13)
【正文语种】中文
【中图分类】TN312.8
【相关文献】
1.纳米结构氧化镍缓冲层对蓝色有机发光二极管性能的影响 [J], 孙永哲;雷栋;薛鑫;韩根亮;宋玉哲;郑礴;李海蓉;王芳;员朝鑫;曹中涛;常芳芝;钱坤;雷琦
2.LED蓝色发光二极管与传统蓝光箱对新生高胆红素血症疗效对照 [J], 常媛媛;朱艳萍
3.TADF激基复合物主体材料提升溶液法制备蓝色荧光有机发光二极管的效率 [J], 崔璨; 宋丹丹; 赵谡玲; 乔泊; 徐征
4.蓝色荧光有机发光二极管中的激子-电荷相互作用 [J], 管胜婕;周林箭;沈成梅;张
勇
5.采用硫氰酸铵添加剂的高效天蓝色钙钛矿发光二极管 [J], 高九林;连亚军;杨晔;李国庆;杨晓晖
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W-Cu梯度热沉材料的研究进展

W-Cu梯度热沉材料的研究进展刘秋香;谢仕芳;陆德平【摘要】W-Cu梯度热沉材料具有高热导和低热膨胀系数等特点,使其具有较高的研究价值,并且得到了广泛的应用。

主要从成分设计、制备方法、烧结工艺及应用进展4个方面对W-Cu梯度热沉材料的研究展开论述。

%The tungsten/copper heat-sink gradient materials is widely used,due to excellent electric conductivity and low thermal expansion.The properties of tungsten/copper heat-sink gradient materials had high research value.The composition design of tungsten/copper heat-sink gradient materials,preparation methods,sintering process and application progress were discussed.【期刊名称】《江西科学》【年(卷),期】2012(030)004【总页数】4页(P499-502)【关键词】热沉材料;W-Cu合金;应用【作者】刘秋香;谢仕芳;陆德平【作者单位】江西省科学院应用物理研究所,江西南昌330029;江西省科学院应用物理研究所,江西南昌330029;江西省科学院应用物理研究所,江西南昌330029【正文语种】中文【中图分类】TB340 引言钨具有高熔点、高硬度等优良性能，铜具有较好的导热、导电性能。

由钨和铜组成的W-Cu复合材料则具有良好的导热性、导电性和低热膨胀系数。

目前，W-Cu复合材料在大规模集成电路和大功率微波器件中，用作基片、连接件和散热件等电子封装材料和热沉材料［1～3］。

然而，随着电子元器件大功率化和工作条件更加苛刻，均匀组成的W-Cu热沉材料难以满足散热性能方面的要求。

面向等离子体材料与可控核聚变

面向等离子体材料与可控核聚变作者：葛昌纯来源：《中国科技纵横》2013年第14期编者按：相比核裂变，核聚变几乎不会带来放射性污染等环境问题，其原料可直接取自海水中的氘，来源几乎取之不尽，是理想的能源方式。

但是要想把这种能量为人类所有效利用，我们还有很长的路要走，它的关键问题之一是面临高温等离子体的第一壁结构材料。

可以说，现在世界上已有的材料中尚没有任何一种能胜任第一壁的工作要求。

近些年中国经济持续高速发展，举世瞩目。

但是制约中国经济发展的一些瓶颈问题日渐显现，其中颇为突出的就是能源问题。

我国自然资源的基本特点是富煤、贫油、少气。

我国煤炭虽然储量丰富，但是分布不均，尤其是煤炭作为能源，污染严重，致使我国能源使用排放的温室气体仅次于美国，居世界第二位，为环境外交所瞩目。

核能的发现和应用，是人类在二十世纪最伟大的科学技术成就之一。

与太阳能、水能、风能、地热等清洁能源相比，核能不受时间和地域的限制，尤其受控热核聚变能是公认的“资源无限”、可以“永远”解决人类未来能源需求和保护环境的重要途径之一。

氘氚聚变反应可以释放出大量能量，其所需燃料在地球上预计约能使用3000万年以上。

聚变反应堆不产生硫、氮氧化物等环境污染物质，不释放温室效应气体；氘氚反应的产物没有放射性，中子对堆结构材料的活化也只产生少量较容易处理的短寿命放射性物质。

上个世纪八十年代美、苏、日、欧盟设立了国际热核聚变实验反应堆（International Thermo-nuclear Experimental Reactor，简称ITER）计划。

并且在本世纪初确定了ITER的设计概要，标志了受控热核聚变技术从基础研究阶段进入到了确认设备性能的工程可行性阶段。

ITER现已在法国南部马赛附近的卡达拉舍开始建设，这是工程可行性研究的第一步，第二步是研制示范聚变堆，第三步才是研制商用聚变堆。

2006年11月21日，科技部部长徐冠华代表中国政府签署了ITER计划的联合实验协定及相关文件，这是中国科学家首次和欧美等发达国家的科学家一起研究的重大科学项目，是国际上仅次于国际空间站的重大国际合作项目。

钨基面向等离子体材料的研究进展

钨基面向等离子体材料的研究进展朱玲旭;燕青芝;郎少庭;徐磊;葛昌纯【摘要】Research progress on preparation process, mechanical properties and irradiation performance of W-La2O3 and W-TiC alloy was reviewed. The previous research results reveal that the addition of La2O3 phase into tungsten matrix improves the strength and toughness of tungsten remarkablely, and results in the reduction of irradiation resistance and increase in density of hydrogen blisters and hydrogen retention. When TiC nanoparticles are used as dispersion phase, W-TiC alloy worked by hot isostatic pressing sintering and plastic processing exhibits high bending strength of 4.4 GPa, high recrystallization temperature over 2 473 K and low DBTT (100 K lower than pure that of tungsten. In addition, the additon of TiC significantly improves the irradiation resistance of tungsten. Compared to pure tungsten, W-TiC alloy has a lower deuterium retention without visible irradiation hardening, crack and flaking on the material surface.%综述了国内外广泛研究的W-La2O3和W-TiC合金的制备工艺、力学性能和辐照性能的研究进展.结果表明:向钨基体中加入La2O3弥散相,虽然能够显著改善钨的强度和韧性,但使钨的抗辐照性能降低,氢泡密度和氢滞留量明显增加；当采用TiC纳米颗粒作为弥散相,经过热等静压烧结和塑性加工后,钨合金的抗弯强度达到4.4 GPa,再结晶温度高于2 473 K,韧脆转变温度(DBTT)比纯钨的低100 K; TiC的加入能够显著提高钨的抗辐照性能,与纯钨相比,氚滞留量减小,没有明显的辐照硬化,材料表面没有裂纹和剥落.【期刊名称】《中国有色金属学报》【年(卷),期】2012(022)012【总页数】7页(P3522-3528)【关键词】钨基面向等离子体材料;弥散强化;辐照效应【作者】朱玲旭;燕青芝;郎少庭;徐磊;葛昌纯【作者单位】北京科技大学核材料研究所,北京100083;西南交通大学材料科学与工程学院,成都610031【正文语种】中文【中图分类】TG146.4+11第一壁是聚变堆中直接面向等离子的部件，因此对第一壁材料提出了更高的要求。

湘潭大学材料与光电物理学院

湘潭大学材料与光电物理学院
佚名
【期刊名称】《科学中国人》
【年(卷),期】2004(000)006
【摘要】湘浑大学1976年成立数理系．1977年开始招收物理学专业本科生，1981年成立物理系．2002年组建成立材料与光电物理学院．我院现有教职工80余人．其中教授12人（含博导8人)．副教授17人．教育部跨世纪人才1人，湖南省“芙蓉学者计划”特聘教授1人．纳入国家“百千万人才工程”千人层次者2人．享受政府特殊津贴的专家4人．列为湖
【总页数】1页(P60)
【正文语种】中文
【中图分类】G649.28
【相关文献】
1.中国科学院光电材料化学与物理重点实验室
2.红外光电子材料与器件专家中科院上海技术物理研究所研究员中国科学院院士——褚君浩
3.世界著名的材料科学家与工程专家我国激光材料与光电信息材料的开拓者国际玻璃协会终身成就奖获得者《功能材料》、《功能材料信息》编委会顾问中国科学院院士、第三世界科学院院士干福熹
4.世界著名的材料科学家与工程专家我国激光材料与光电信息材料的开拓者国际玻璃协会终身成就奖获得者《功能材料》、《功能材料信息》编委会顾问中国科学院院士第三世界科学院院士干福熹
5.新时期地方高校学院党组织建设研究——以鲁东大学物理与光电工程学院党总支党建工作为例
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对聚变材料研究目前需要的是： 从堆的详细设计中得出，聚变堆对材 料性能提出的要求是什么？即这种要 求使得通过对材料的改进和工艺技术 的进步是可以达到的，同时又能满足 商用聚变堆的经济性能要求。低活性 材料使聚变能更清洁，更符合环境的 要求，从长远角度看，也更为经济(减 少后处理费用)，是材料发展的方向。 聚变材料研究发展目标是：开发新材 料，提高材料性能；理解材料在堆环 境中的行为和行为结果；建立材料数 据库，为堆工程设计提供所需数据。
Academician Interview 院士访谈
编者按：相比核裂变，核聚变几乎不会带来放射性污染等环境问题，其原料可直接 取自海水中的氘，来源几乎取之不尽，是理想的能源方式。
但是要想把这种能量为人类所有效利用，我们还有很长的路要走，它的关键问题之 一是面临高温等离子体的第一壁结构材料。可以说，现在世界上已有的材料中尚没有任 何一种能胜任第一壁的工作要求。
术制成S i C/C 块体功能梯度材料；课 题组克服了S i C和高含量石墨不能烧结 在一起的困难，用粉末冶金技术成功 地制取了S i C/C F G M，在L a s-2000装 置上进行D+离子辐照实验，在3k e V， 4.6╳1015 D+/s.c m2的离子束辐照条件 下，其在700K时总的化学溅射产额为 石墨(S M F-800)化学溅射产额的22%， 在能量5k e V 400m A，脉冲宽度2m s的 电子束热冲击下经250次不裂。并首次 设计和制成了B4C/C功能梯度材料。
2006年11月21日，科技部部长徐 冠华代表中国政府签署了I T E R计划的 联合实验协定及相关文件，这是中国 科学家首次和欧美等发达国家的科学
家一起研究的重大科学项目，是国际 上仅次于国际空间站的重大国际合作 项目。中国此次加入I T E R，分担研究 了一部分项目。而接下来的工作有很 多，国内相关领域的科学家应该提早 研究，争取在我国尽早地建立起示范 聚变堆和商用聚变堆。
钨是最有前景的P F M的候选材料。对 于P F M而言必须解决两个难题，一是 P F M自身性能的不断提高；二是P F M 与铜基热沉材料的有效连接。目前欧 盟、日本、美国等国对碳基和钨基 P F M进行了较深入的研究，我国则起 步较晚。
单一材料或涂层材料已不能满足 前沿科研领域发展的需求，例如，在 航天飞行器上的，需要能承受1000摄 氏度以上的高温度差的材料。但通常 的涂层材料，即在金属表面涂上陶瓷 涂层，由于陶瓷和金属的膨胀系数相 差很大，反复多次就会开裂。
1952年毕业于唐山工学院（现西南交通大学）冶 金物理系冶金工程专业。1952～1984年在冶金部钢铁 冶金总院先后在冶金室、压力加工室、粉末冶金室担 任专题负责人、高级工程师、研究室副主任。1980年 10月～1983年4 月作为德国洪堡基金会研究员在M a xP l a n c k材料科学研究所和柏林工大非金属材料研究所 从事粉末冶金和先进陶瓷研究，获Dresden技术大学工 学博士学位。1985年起在北京科技大学从事研究和教 学工作，晋升为教授、博士生导师。2001年被选为中 国科学院院士。2006起年任西南交通大学教授、博士 生导师。1988年被人事部评定为“国家有突出贡献中 青年专家”，1990年被国家教委和国家科委评定“全 国高校先进科技工作者”。
HT-7上进行过等离子体辐照实验。 十年来，课题组的研究突破了八
项关键技术，申请了8项发明专利，在 国际著名刊物上和国际重要学术会议 上发表了近50篇论文。培养了研究生 12名，有的已被输送到国内外著名的 核聚变研究单位。所发展的材料体系 和关键技术是：
一、采用功能梯度材料的概念连 接作为面向等离子体材料的W、B4C、 S i C和作为热沉材料的C u。发明了一 种制备梯度材料的新技术：超高压力 梯度烧结技术。这种技术很好的解决 了对于组成熔点和烧结温度差别大的 梯度材料无法一次烧结的世界性制备 难题。可用于制备一大类陶瓷/金属、 金属/金属梯度材料。采用这种方法制 备了三个不同材料体系的耐高温等离 子体冲刷的功能梯度材料，包括W/C u （直径36m m高30m m）、B4C/C u、 S i C/C u功能梯度材料。图3是W/C u FGM的设计图及制备所得样品。
该课题组经过十年努力，较深入 地研究了弹塑性有限元分析和优化设
计、超高压力通电烧结、熔渗-焊接 法制备模块、活性金属真空钎焊、活 性金属铸造、自蔓延燃烧预热爆炸固 结、分次热压等新技术，成功地制备 出了多个体系的耐等离子体冲刷的功 能梯度材料，包括钨和铜、碳化硅和 铜、碳化硼和铜、钼和铜、碳化硅和 碳、碳化硼和碳功能梯度材料等，其 中碳化硅和铜、碳化硼和铜、碳化硅 和碳、碳化硼和碳体系的功能梯度材 料在国际上尚未见前人报道。这些体 系的材料分别在中国主要的托卡马克 核聚变实验装置，核工业西南物理研 究院中国环流器1号H L-1上做过原位 实验，或在中国科学院等离子体所的
二、发明了熔渗-焊接法制备 W/C u功能梯度材料模块（尺寸为30 m m×30 m m×30 m m），高能电子 束对其热冲击性能测试表明所设计和 制备的W/C u 功能梯度材料模块具有 较好的抗热冲击性能，能承受6M W/
30
FORTUNE WORLD 2009.9
m2的稳态热流冲击。 三、在国际上首次用粉末冶金技
什么样的材料才能达到如此高的 要求呢？1984年，日本Masayuki Niino 博士等三位科学家在研究航天飞行器 所需高温结构材料时提出了功能梯度 材料（Functionally Graded Materials, 简称 F G M）这一材料设计的新概念。 所谓功能梯度材料是指材料成分和结 构是逐步过渡的材料。由于是逐步过 渡，从而大大减小了由于异种材质膨 胀系数失配使材料在高温度差下产生 的过大的热应力，显著提高了材料的 抗热冲击性和抗热震性。后来，材料 科学家们又把梯度材料这一设计概念 从高温结构材料推广应用到各种功能
面向等离子体材料 与可控核聚变
文/葛昌纯
近些年中国经济持续高速发 展，举世瞩目。但是制约 中国经济发展的一些瓶颈 问题日渐显现，其中颇为 突出的就是能源问题。我国自然资源的 基本特点是富煤、贫油、少气。我国煤 炭虽然储量丰富，但是分布不均，尤其 是煤炭作为能源，污染严重，致使我国 能源使用排放的温室气体仅次于美国， 居世界第二位，为环境外交所瞩目。核 能的发现和应用，是人类在二十世纪最 伟大的科学技术成就之一。与太阳能、 水能、风能、地热等清洁能源相比，核 能不受时间和地域的限制，尤其受控热 核聚变能是公认的“资源无限”、可以 “永远”解决人类未来能源需求和保护 环境的重要途径之一。
五、发明了一种采用超高压力下 通电烧结法制备超细晶粒难熔金属的 新技术。
六、发明了采用Ti基非晶焊料通过 真空钎焊的方法对掺杂石墨和铜进行 连接的新方法，试验结果和设计结果 具有很好的吻合，通过M o/C u复合中间 层的加入能够有效的缓解钎焊过程中 产生的热应力，从而获得性能优良的 掺杂石墨和铜的连接件。使用此方法 成功制备了面向等离子体模块（尺寸 为30 m m×30 m m×30 m m），高能电 子束热冲击测试结果表明所设计和制 备的掺杂石墨/铜模块具有较好的抗热 冲击性能，能承受6M W/m2的稳态热流 冲击。另外，还采用直接活性金属铸 造的新方法对石墨和铜的连接进行了 试验，该方法与国外已经报导的结果
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FORTUNE WORLD 2009.9
Academician Interview 院士访谈
输入能量 燃料提供
包层
冷却剂
输入线 变压器
涡轮机 热交换机
输出聚变能
W100% W 80% + Cu 20% W 60% + Cu 40% W 40% + Cu 60% W 80% + Cu 20% Cu 100%
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葛昌纯 中国科学院院士；国际陶瓷科学院层状和梯度材
料协会主席；国际陶瓷科学院自蔓延高温合成协会理 事；世界陶瓷科学院院士；中国金属学会粉末冶金专 业委员会特种材料与制品学术委员会主任委员；世界 陶瓷科学院层状和梯度材料学会主席；世界陶瓷科学 院自蔓延高温合成学会理事；Key Engineering Materials International Journal of SHS Materials Technology和“粉 末冶金工业”等国际、国内刊物的编委。
四、首次制备出成分分布系数按 设计要求的B4C/C u涂层梯度材料；通 过设计优化了成分分布，其最高化学 溅射产额为石墨的16%，其对甲烷解 吸产额为石墨的30-50%，其在能量 1.5k e V╳30m A，脉冲宽度100m s，脉冲 间隔4000m s，平均功率密度6.4M W/ m2电子束热冲击下，经1000次没有 发现疲劳裂纹。
(n,α)核嬗变反应所产生的大量的氢、 氦对材料的性能会产生巨大影响。 可以说，现在世界上已有的材料中 尚没有任何一种可能胜任第一壁的 工作要求。
P F M的主要功能是：有效地控 制进入等离子体的杂质；有效地移走 辐射到材料表面的热功率；保护非正 常停堆时其它部件免受等离子体轰击 而损坏。同时，面对等离子体材料应 与反应堆运行寿命、可靠性和维护相 一致。因此，面对等离子体材料的总 体要求是耐高温、低溅射、低氢(氚) 滞留及与结构材料兼容。碳基材料和
图1 聚变堆发电示意图
图3 W/Cu FGM成分设计图及所制备的样品
UTILIZATION
Q~1, 10 s Q ≥ 10, several ห้องสมุดไป่ตู้00 s Q = 30 ~ 50 Q ~ 5, steady state steady state
图2 聚变能发展之路
材料上来。这是一个非常重要的研究 方向，于1996年由我向有关部门提 交了耐高温等离子体冲刷的功能梯度 材料的科研顶层设计项目建议书，设 想这种材料可以运用在三个方面，一 是为受控核聚变提供耐高温等离子体 冲刷的材料，二是可以用于激光核聚 变，三是可以在航空航天上用。这项 建议得到了国家有关部门的重视和核 工业西南核物理研究院的合作， 863新材料专家委员会在听取了论 证报告、通过答辩后于1997年7月 批准了这个项目。