【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种提高钨合金偏滤器抗氘氚滞留的方法及钨合金偏滤器，属于钨合金偏滤器。
技术介绍
1、核聚变能具有清洁、充足的优点，是解决人类能源问题的最佳方案。目前的热核聚变反应堆中的托卡马克装置中的钨合金偏滤器可排出核聚变反应的热量和氦灰，是确保第一壁材料不被破坏的关键。然而，钨合金偏滤器直接面向高温等离子体的持续轰击，氘和氚极易在其表面富集和团聚后滞留，在其表面形成大量氦泡，使氘氚离子向材料内部渗透，降低钨合金材料的高温力学性能，造成翘皮、甚至隧穿等不利情况，是钨合金偏滤器失效的主因。
2、目前，提升钨合金偏滤器的抗氘氚滞留性能的方法有：提高偏滤器的形状精度，调控钨合金晶粒尺寸以及构筑纳米级致密氧化膜，但由于几何加工精度已到极限、晶粒尺寸调节范围有限以及氧化膜易脱落等问题，上述方法依然无法使偏滤器表面氘氚滞留量≤700g，限制了热核聚变反应稳态运行时长的提升，制约了核聚变实验堆的建设和发展。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种提高钨合金偏滤器抗氘氚滞留的方法，可以解决目前的钨合金偏滤器存在抗氘氚滞留性能较差而无法满足使用要求的问题。
2、本专利技术的另一个目的在于提供一种钨合金偏滤器，可以解决目前的钨合金偏滤器存在抗氘氚滞留性能较差而无法满足使用要求的问题。
3、为了实现以上目的，本专利技术的提高钨合金偏滤器抗氘氚滞留的方法所采用的技术方案为：
4、一种提高钨合金偏滤器抗氘氚滞留的方法，在钨合金偏滤器氘氚离子轰击面上构
5、本专利技术通过在钨合金偏滤器表面构筑和调控双尺度微纳复合结构，使其表面呈现“疏离子效应”，可有效减小钨合金表面的氘氚滞留量。钨合金表面的微纳复合结构在承受高温等离子体氘和氚的持续轰击时，微米级结构引起的微米级起伏可改变氘氚离子的入射角度和反射方向，增加反射系数；纳米级结构可提高比表面积，进一步提升氘氚离子的反射系数和释放作用。钨合金表面的微米级结构和纳米级结构互相影响，协同增效，可有效减小氘氚等离子体在钨合金表面的团簇和富集，使其呈现“疏离子化”效应，进而减小钨合金表面的氘氚离子滞留量。
6、优选地，建立复合微纳结构的等离子体溅射理论模型，结合分子动力学仿真，对双尺度微纳复合结构进行优化；所述等离子体溅射理论模型基于lammps软件开发优化的srim软件和tmap软件构建。
7、本专利技术中，通过建立复合微纳结构的等离子体溅射理论模型，结合分子动力学仿真，研究不同类型的微米级结构和纳米级结构对氘氚离子的入射通量和反射通量，可优化面向疏离子效应和抗氘氚滞留性能的双尺度微纳复合结构表面。此外，可根据偏滤器曲面形状的不同，在不同曲率位置处构筑不同结构形式的微米级结构，使高温等离子体反射方向和反射系数一致。
8、本专利技术的钨合金偏滤器所采用的技术方案为：
9、一种钨合金偏滤器，在钨合金偏滤器氘氚离子轰击面上构筑有双尺度微纳复合结构，所述双尺度微纳复合结构包括微米级凹凸表面和分布在微米级凹凸表面上的纳米级条纹。
10、本专利技术的钨合金偏滤器表面构筑有双尺度微纳复合结构，其呈现“疏离子效应”，可有效减小钨合金表面的氘氚滞留量。钨合金表面的微纳复合结构在承受高温等离子体氘和氚的持续轰击时，微米级结构引起的微米级起伏可改变氘氚离子的入射角度和反射方向，增加反射系数；纳米级结构可提高比表面积，进一步提升氘氚离子的反射系数和释放作用。钨合金表面的微米级结构和纳米级结构互相影响，协同增效，可有效减小氘氚等离子体在钨合金表面的团簇和富集，使其呈现“疏离子化”效应，进而减小钨合金表面的氘氚离子滞留量。
11、优选地，微米级凹凸表面由钨合金偏滤器氘氚离子轰击面上构筑的多个微米级凹坑形成。
12、优选地，微米级凹坑为圆形凹坑、方形凹坑、椭圆形凹坑。
13、优选地，微米级凹坑的尺度为10～50μm，纳米级条纹的尺度为1～7nm。
14、优选地，微米级凹坑的内陷深度为10～15μm，开口宽度为16～25μm。
15、优选地，微米级凹坑的密度为1.6×103～3.9×103个/mm2。
16、优选地，纳米级条纹的宽度为5～7nm，相邻两条纳米级条纹的间距为4～7nm，纳米级条纹的高度为3～5nm。
17、优选地，纳米级条纹的密度为1.9×1010～6.2×1010个/mm2。
18、本专利技术的钨合金偏滤器在加工时，将天然金刚石刀具与超声振动复合，配合超精密机床的主轴回转和径向进给，可以在钨合金偏滤器表面高效精确地构筑双尺度微纳复合结构。本专利技术中，加工时采用的超精密机床的运动精度为轴向小于15nm，径向小于15nm，c轴分辨率为0.026弧秒；加工时采用酒精作为冷却液；刀具的切削刃的圆弧轮廓波纹度小于0.15μm。
19、本专利技术中，天然金刚石刀具可根据加工的表面微纳复合结构的形状进行刃磨或定制。
20、超声椭圆振动切削方法的刀具运动轨迹是以椭圆的形式振动的，在切削的过程中刀具会在周向与径向产生两个具有一定相位差的不同振幅的振动，并且刀具与切削表面可以形成横向分离，避免了单向振动引起的刀具蹦刃问题。由于刀具在直径方向与切削方向上的振动存在一定的相位差，使其xz平面内以椭圆形运动。在切削的过程中刀具的运动轨迹使其与工件、切屑之间周期性的接触-分离，并且刀具的径向运动可以降低与切屑之间的挤压力，同时刀具与切屑之间的摩擦力将切削向外带离，避免刀具与切屑之间的黏着。
21、本专利技术中，利用微米级结构和纳米级结构对氘氚离子的反射和释放作用，通过调控复合结构表面的疏离子效应，可提升钨合金表面的抗氘氚滞留性能，确保核聚变反应在高参数、长脉冲下稳态运行。
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1.一种提高钨合金偏滤器抗氘氚滞留的方法，其特征在于，在钨合金偏滤器氘氚离子轰击面上构筑双尺度微纳复合结构，所述双尺度微纳复合结构包括微米级凹凸表面和分布在微米级凹凸表面上的纳米级条纹，利用双尺度微纳复合结构改变氘氚离子的入射角度和反射方向，减少钨合金表面的氘氚离子滞留量。
2.如权利要求1所述的提高钨合金偏滤器抗氘氚滞留的方法，其特征在于，建立复合微纳结构的等离子体溅射理论模型，结合分子动力学仿真，对双尺度微纳复合结构进行优化。
3.一种钨合金偏滤器，其特征在于，在钨合金偏滤器氘氚离子轰击面上构筑有双尺度微纳复合结构，所述双尺度微纳复合结构包括微米级凹凸表面和分布在微米级凹凸表面上的纳米级条纹。
4.如权利要求3所述的钨合金偏滤器，其特征在于，微米级凹凸表面由钨合金偏滤器氘氚离子轰击面上构筑的多个微米级凹坑形成。
5.如权利要求4所述的钨合金偏滤器，其特征在于，微米级凹坑为圆形凹坑、方形凹坑、椭圆形凹坑。
6.如权利要求4所述的钨合金偏滤器，其特征在于，微米级凹坑的尺度为10～50μm，纳米级条纹的尺度为1～7nm。<...
【技术特征摘要】
1.一种提高钨合金偏滤器抗氘氚滞留的方法，其特征在于，在钨合金偏滤器氘氚离子轰击面上构筑双尺度微纳复合结构，所述双尺度微纳复合结构包括微米级凹凸表面和分布在微米级凹凸表面上的纳米级条纹，利用双尺度微纳复合结构改变氘氚离子的入射角度和反射方向，减少钨合金表面的氘氚离子滞留量。
2.如权利要求1所述的提高钨合金偏滤器抗氘氚滞留的方法，其特征在于，建立复合微纳结构的等离子体溅射理论模型，结合分子动力学仿真，对双尺度微纳复合结构进行优化。
3.一种钨合金偏滤器，其特征在于，在钨合金偏滤器氘氚离子轰击面上构筑有双尺度微纳复合结构，所述双尺度微纳复合结构包括微米级凹凸表面和分布在微米级凹凸表面上的纳米级条纹。
4.如权利要求3所述的钨合金偏滤器，其特征在于，微米级凹凸表面由钨合金偏滤器氘氚离子轰击面上构筑的多个微米级凹坑形成。
...【专利技术属性】
技术研发人员：殷森，刘欣然，王晓强，孔令举，马国峰，田英健，曹慧坤，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：
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