近日，中科院合肥研究院與西交大合作在高效能鎢材料研究方面取得了突破性進展，透過多尺度微結構調控克服了鎢的室溫脆性，在純鎢塊材中實現了室溫塑性和高強度。這意味著未來面向等離子體材料（PFM）的服役時間將更長和使用效能將更高。相關成果發表在材料學頂級期刊Acta Materialia上。
論文連結
https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S1359645422001525
鎢有什麼用處？
鎢tungsten，元素符號為W, 在元素週期表中原子序數74，是VIB族金屬。密度為19.35克/立方厘米，與黃金接近。鎢在自然界所有的金屬元素中，熔點是最高的，為3422℃，鎢絲作為電燈絲即利用了這一特性。鎢的用途非常廣泛，如刀具模具等製造業及導彈，動能武器等軍事領域，是一種重要的戰略材料，中國是世界上最大的鎢儲藏國。
天基武器又是什麼鬼？
美軍上世紀80年代提出的“上帝之杖”天基動能武器構想，類似功夫裡從天而降的如來神掌。
構想就是由位於低軌道的衛星發射直徑0.3米、長6.1米、重量達數噸的鎢金屬棒對地攻擊，在火箭助推下先以11公里每秒的速度進入大氣層，大氣層的摩擦下速度仍舊能保持3111米每秒的飛行速度，最終速度超過了9馬赫。利用其巨大的動能摧毀目標，威力可堪比核武器，但實際上這些目前還停留在概念上。
回到正題，可控核聚變面臨什麼難點？
核聚變反應裝置中直接面對等離子體的第一壁、偏濾器及限制器的裝甲材料，需要耐高能中子輻照、以及抵抗高通量氘(D)氚(T)等離子體轟擊，保護非正常停堆時其他部件免受等離子體轟擊而損壞。所以，它的效能對核聚變反應裝置的發展來說尤其的重要，除了要具有較好的耐高溫效能和耐衝擊性能之外，還應具備低溫韌性、高強度和抗輻射能力等特點。
鎢因具有高熔點，低蒸氣壓，良好的導熱性、高溫強度、結構穩定性和化學穩定性等優點，而成為最佳的候選材料。然而，純鎢存在低溫脆性、高溫再結晶脆性和輻照脆性等缺點，也在很大程度上制約了核聚變反應堆的發展。
網圖，侵刪
以往的研究表明，雖然可以透過彌散強化、軋製、拉拔等製備工藝提高鎢材料的低溫韌性和強度，但是要在塊體純鎢中同時實現室溫強韌化仍是一個巨大挑戰，這主要是由於經過高溫燒結和後續形變熱處理，鎢晶粒易長大。
為了解決上述的問題，研究者提出了一種新的技術路線，成功製備出兼具室溫拉伸塑性和高強度的純鎢塊材。首先，透過對活化的W粉進行兩步低溫燒結，得到的鎢毛坯平均晶粒尺寸為8.9 um；再透過鍛造熱加工動態回覆，最終實現了獨特的多尺度微結構：層狀結構母晶，母晶中含超細亞晶，亞晶中含高比例可動位錯。與傳統的塊體鎢材料相比，鍛造鎢塊材在室溫下的拉伸塑性和抗拉強度更優秀。
技術路線示意圖及實物樣品
研究表明，層狀母晶、超細亞晶與高比例的刃型和複合位錯協同作用是純鎢實現室溫塑性和高強度的內在機制。層狀結構母晶可以使裂紋尖端鈍化從而實現增韌效果；母晶中高比例的亞晶界相比大角晶界更有利於位錯穿過，從而緩釋晶間應力，防止沿晶開裂。更為重要的是，超細亞晶中預製的位錯包含58%刃位錯和複合位錯，而體心立方金屬中刃位錯和複合位錯相比於單純的螺位錯在低溫下具有更好的可動性。這些高移動性的位錯不僅起到強化作用，還能夠在低溫下鈍化裂紋尖端。
