核聚变面向等离子体材料：纯钨粉体-京煌科技

一、核聚变介绍

核聚变是轻原子核在极高温度和压力下聚合形成重原子核并释放巨大能量的反应，被视为未来清洁可持续能源的核心方向。其具有燃料储量丰富、安全性高、环境影响小等优势，无需担心核泄漏风险，产物也无长寿命放射性废物。当前全球主流研究装置包括国际热核聚变实验堆（ITER）、中国 “人造太阳” EAST 等，核心技术挑战之一是研发能承受极端工况（上亿度等离子体辐射、高能中子轰击、瞬时高热负荷）的关键材料，而钨因其独特性能成为核心候选。

二、纯钨粉介绍

纯钨粉是具有金属光泽的灰黑色粉末，是制备钨基部件的核心原料，其核心特性完全适配核聚变的严苛要求。

纯度标准：工业级核聚变用纯钨粉纯度普遍≥99.95%，高端产品可达 99.999% 以上，杂质元素（Fe、Ni 等）含量低于 50ppm，可避免杂质影响等离子体稳定性。关键性能：熔点高达 3422℃，为自然界金属中最高；密度 19.25g/cm³，热导率达 173-320W/(m・K)，兼具优异的高温强度和抗辐照稳定性。

粒度特性：适配加工需求的粒度范围为 1-20μm，其中 3.5-4.2μm 的分级颗粒在旋锻工艺中表现最优，兼具良好的流动性和成型性。

三、旋锻工艺 - 京煌钨粉介绍

旋锻工艺是钨基部件塑性加工的核心技术，通过高频多向锻打实现材料致密化和性能优化，对钨粉原料有明确适配要求。

1. 旋锻工艺核心优势

适配低塑性材料：钨本身塑性较差，旋锻通过高温（1400-1600℃）和分步变形（每道次变形量 6-8%），可在较小应力下实现均匀塑性变形，避免开裂。

提升产品性能：加工后钨材晶粒细化至 15-40μm，致密度达 18.8-19.2g/cm³，高温抗拉强度≥600MPa，表面粗糙度 Ra≤0.2μm，尺寸公差控制在 ±0.003mm。

生产效率优异：可实现自动化连续生产，材料利用率达 92%，适合核聚变部件的规模化制备。

2. 钨粉适配关键要求

纯度门槛：原料钨粉纯度需≥99.95%，低杂质含量可避免晶界脆化和加工缺陷，保障锻后部件的抗辐照性能。

粒度与流动性：3.5-10μm 的均匀粒度分布可确保烧结坯体密度均匀，良好的流动性能提升成型一致性，减少锻后孔隙率。

预处理要求：需经氢气气氛预烧（1200℃/1 小时），提升坯体强度和导电性，为后续旋锻加工奠定基础。

四、钨粉在核聚变中应用

纯钨粉经旋锻等工艺加工后，主要用于核聚变装置的面向等离子体材料（PFM），是保障装置稳定运行的核心部件原料。

第一壁材料：作为直接接触等离子体的 “防火墙”，钨基部件需承受 1000-2000℃高温辐射和高能中子轰击。纯钨粉制备的部件因低溅射率和高蒸发温度，可避免材料污染等离子体，同时维持结构稳定。

偏滤器靶板：偏滤器需承受高达 20MW/m² 的瞬时热负荷，是装置中热负荷最严苛的部件。旋锻加工的钨材兼具高热导率和结构稳定性，经化学气相沉积（CVD）复合处理后，可通过 5000 次热循环测试无破裂，满足 ITER 等装置的长脉冲运行需求。

其他关键部件：用于反应堆内部支撑结构和散热组件，利用其高温稳定性和导热特性，保障装置整体热管理效率，延长服役寿命。