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Status and Strategy of fusion Materials Development in china

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Status and Strategy of Fusion Materials Development in China

recent progresses on designing and manufacturing of bulk refractory alloys with high performances based on controlling interfaces

第十二届反应堆数值计算与粒子输运学术会议

作者： Q.y.huang~1 y.C.wu~1 J.G.Li~1 f.r.wan~2 J.L.Chen~1 G.N.Luo~1 x.Liu~3 J,M,Chen~3 z.y.xu~3 x.G.zhou~4 x.Ju~2 y.y.Shan~5 J.N.yu~6 S.y.zhu~6 P.y.zhang~6 J.f.yang~7 x.J.Chen~8 S.M.Dong~9 (1.institute of Plasma physics,Chinese academy of Sciences,Hefei,Anhui,230031,china 2.University of Science and technology Beijing,Beijing 100083,china 3.Southwestern institute of physics,Chengdu,Sichuan,610041,china 4 National University of Defense technology,Changsha,Hunan,410073,china 5.institute of Metal research,Chinese academy of Sciences,shenyang,Liaoning,110016,china 6.china institute of Atomic Energy,Beijing,102413,china 7.xi’an Jiaotong University,xi’an,Shanxi,710049,china 8 china academy of engineering physics,mianyang,Sichuan,621900,china 9.Shanghai institute of Ceramics,Chinese academy of Sciences,Shahghai,200050,china)

The liquid metal and solid ceramic pebble breeder blankets have become the most promising blankets for ITEr-TBMs or DEMO reactors in china and the world due to their potential advantages. In recent years the corresponding research work on fusion reactor materials are mainly focus on structural materials,plasma facing materials and the functional materials for the blanket such as breeder, coating and flow channel insert *** push work on fusion materials and then for the successful application of fusion *** r&D on those materials in the two kinds of blankets is being carried out widely in china,including fabrication and manufacturing techniques,physical/mechanical properties assessment before and after irradiation,joining techniques for structural materials, compatibility evaluation,and the development and verification of the criteria for fusion material *** progress on main r&D activities of fusion reactor materials in china is introduced and prospected in the paper.

关键词： fusion reactor Blanket Materials r&D

来源： cnki会议评论

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cnki会议

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Journal of Materials Science & technology 2020年第17期52卷 29-62页

作者： T.zhang H.w.Deng z.M.xie r.Liu J.f.yang C.S.Liu x.P.wang Q.f.fang y.xiong School of physics and Electronic engineering Guangzhou UniversityGuangZhou 510006China Key Laboratory of Materials physics Institute of Solid State PhysicsChinese Academy of SciencesHefei 230031China State Key Laboratory of Environment friendly Energy Materials West South University of Sciences and TechnologyMianYang 621010China

refractory alloys such as tungsten and molybdenum based alloys with high strength,thermal/electrical conductivity,low coefficient of thermal expansion and excellent creep resistances are highly desirable for applications in nuclear facilities,critical components in aerospace and defense ***,the serious embrittlement limits the engineering usability of some refractory alloys.A lot of research results indicate that the performances of refractory alloys are closely related to the physical/chemical status,such as the interface dimension,interface type,interface composition of their grain boundaries(GBs),phase boundaries(PBs)and other interface *** paper reviewed the recent progress of simulations and experiments on interface design strategies that achieve high performance refractory *** strategies include GB interface purifying/strengthening,PB interface strengthening and PB/GB synergistic *** details are provided on the design/fabrication strategy such as GB interface controlling,PB interface controlling and synergistic control of multi-scaled *** corresponding performances such as the mechanical property,thermal conductivity,thermal load resistance,thermal stability,irradiation resistance,and oxidation resistance are reviewed in the aspect to the effect of *** addition,the relationships between these interfaces and material properties are ***,future developments and potential new research directions for refractory alloys are proposed.

关键词： Interface controlling Designing and manufacturing refractory alloys Structure and performance

单胞构型和结构参数对SLM成形梯度点阵结构压缩性能的影响

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稀有金属材料与工程 2024年第4期53卷 1021-1031页

作者：张博王国伟孙明艳秦煜沈显峰王超黄姝珂方辉中国工程物理研究院机械制造工艺研究所四川绵阳621900 四川大学机械工程学院四川成都610065

梯度点阵结构由于压缩时具有优秀的吸能能力,目前常作为吸能组件被应用于航天、国防和医疗等领域。但随着现代工业的发展,工程领域对其压缩性能提出了更高的要求,为使其进一步优化,有必要探讨单胞构型、结构参数和压缩性能之间的关系。... 详细信息

梯度点阵结构由于压缩时具有优秀的吸能能力,目前常作为吸能组件被应用于航天、国防和医疗等领域。但随着现代工业的发展,工程领域对其压缩性能提出了更高的要求,为使其进一步优化,有必要探讨单胞构型、结构参数和压缩性能之间的关系。因此本研究通过选区激光熔化(selective laser melting,SLM)成形了2种梯度差的AlSi10Mg变杆径梯度体心立方(body-centered cubic,bcc)和金刚石(diamond,Diam)结构,结合有限元分析(finite element analysis,fEA)研究梯度差对压缩性能的影响,并对2种单胞构型进行对比。准静态单轴压缩实验的结果表明,在同相对密度下,当单胞构型相同时,随着梯度差的增加单位体积吸能量明显增加,而梯度差相同时,Diam梯度点阵结构的压缩模量、屈服强度、抗压强度和最大峰值应力均高于bcc,同时其单位体积吸能量和吸能效率也高于bcc。

关键词：选区激光熔化梯度点阵结构压缩性能有限元分析

基板预热温度对选区激光熔化AlSi9Mg1Sczr微观组织及力学性能的影响

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稀有金属材料与工程 2024年第4期53卷 1075-1085页

作者：张璨王国伟朱京玺王利利沈显峰叶寒王超黄姝珂中国工程物理研究院机械制造工艺研究所四川绵阳621900 南昌大学先进制造学院江西南昌330031

研究了基板预热温度对选区激光熔化(SLM)制备AlSi9Mg1Sczr合金样品微观组织及力学性能的影响,在35、85、135℃3种不同基板预热温度下,制备了SLM样品并分别进行微观组织观察及性能测试。结果表明,基板预热温度设置为135℃时,由于基板预... 详细信息

研究了基板预热温度对选区激光熔化(SLM)制备AlSi9Mg1Sczr合金样品微观组织及力学性能的影响,在35、85、135℃3种不同基板预热温度下,制备了SLM样品并分别进行微观组织观察及性能测试。结果表明,基板预热温度设置为135℃时,由于基板预热温度和激光扫描热输入的共同影响,使合金在打印过程产生了原位时效效应,在保留细小枝晶和Si网格的同时促进了元素从过饱和固溶体中析出。相比基板预热35℃的样品,纳米尺度的Mg2Si相和Si相在α-Al基体及枝晶界析出的数量显著增加,起到了提高强度的作用;但微米尺度富fe相的析出对塑性产生了负面影响。在基板预热温度设置为135℃时,制备的AlSi9Mg1Sczr合金在0°方向上屈服强度高达360 MPa、抗拉强度高达502 MPa、伸长率为7%;90°方向上屈服强度高达331 MPa、抗拉强度高达511 MPa、伸长率为5.4%。本研究通过提高基板预热温度,在SLM过程中实现了SLM样品的原位时效,改善了SLM制备AlSi9Mg1Sczr合金的微观组织,在不经过后续热处理的情况下,大幅降低了残余应力,得到了超高强度的AlSi9Mg1Sczr合金样品。

关键词：选区激光熔化 AlSi9Mg1Sczr合金基板预热微观组织力学性能

Depolarization of intense laser beams by dynamic plasma density gratings

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高功率激光科学与工程:英文版 2023年第3期11卷 48-56页

作者： y.x.wang S.M.weng P.Li z.C.shen x.y.Jiang J.huang x.L.zhu H.H.Ma x.B.zhang x.f.Li z.M.sheng J.zhang Key Laboratory for Laser Plasmas(MoE) School of Physics and AstronomyShanghai Jiao Tong UniversityShanghaiChina Collaborative Innovation Center of IfSA Shanghai Jiao Tong UniversityShanghaiChina research Center of Laser fusion of china academy of engineering physics MianyangChina College of physics and Electronics engineering Northwest Normal UniversityLanzhouChina Tsung-Dao Lee institute Shanghai Jiao Tong UniversityShanghaiChina

As a typical plasma-based optical element that can sustain ultra-high light intensity,plasma density gratings driven by intense laser pulses have been extensively studied for wide ***,we show that the plasma density grating driven by two intersecting driver laser pulses is not only nonuniform in space but also varies over ***,the probe laser pulse that passes through such a dynamic plasma density grating will be depolarized,that is,its polarization becomes spatially and temporally *** importantly,the laser depolarization may spontaneously take place for crossed laser beams if their polarization angles are arranged *** laser depolarization by a dynamic plasma density grating may find application in mitigating parametric instabilities in laser-driven inertial confinement fusion.

关键词： depolarization high-power laser plasma density grating

热处理温度对选区激光熔化成形316L不锈钢冲击韧性及各向异性的影响

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中国激光 2024年第12期51卷 139-147页

作者：汪洋扬孙明艳陈捷秦煜沈显峰王国伟黄姝珂中国工程物理研究院机械制造工艺研究所四川绵阳621900

为探究热处理温度对316L不锈钢冲击韧性及其各向异性的影响,利用选区激光熔化(SLM)技术制备了不同成形取向的316L冲击构件,并比较了SLM态、1050℃热处理态以及1100℃热处理态的冲击韧性和微观组织结构。结果表明,按冲击韧性从大到小排列... 详细信息

为探究热处理温度对316L不锈钢冲击韧性及其各向异性的影响,利用选区激光熔化(SLM)技术制备了不同成形取向的316L冲击构件,并比较了SLM态、1050℃热处理态以及1100℃热处理态的冲击韧性和微观组织结构。结果表明,按冲击韧性从大到小排列,依次为SLM态、1100℃热处理态、1050℃热处理态。随着热处理温度的升高,冲击断口的韧窝逐渐增大。对于SLM态,xy-z样的冲击韧性比xz-x样和xy-x样更好,但热处理之后xy-z样的冲击韧性反而最差。同时,热处理之后亚晶组织逐渐消失,夹杂物粗化,晶粒尺寸增大,大角度晶界增加,逐层制备的多层结构被破坏,晶粒织构发生变化,这些微观组织的变化与冲击韧性密切相关。

关键词：激光技术选区激光熔化 316L 冲击韧性各向异性热处理

高纯2,4,6⁃三硝基⁃5⁃乙氧基⁃1,3⁃苯二胺的合成及性能

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含能材料 2022年第11期30卷 1125-1131页

作者：乔琛梁义吴金婷谌思嘉赵廷兴张勇黄明李鸿波西南科技大学材料与化学学院四川绵阳621010 中国工程物理研究院化工材料研究所四川绵阳621999

高纯度2,4,6‑三硝基‑5‑乙氧基‑1,3‑苯二胺(DATNEB)可作为内标物,通过高效液相色谱法对含氯法合成的1,3,5‑三氨基‑2,4,6‑三硝基苯(TATB)的纯度进行精确分析。为研究DATNEB的合成及其含能特性,以苦味酸为原料,经4‑氨基‑1,2,4‑三唑(ATA)氨... 详细信息

高纯度2,4,6‑三硝基‑5‑乙氧基‑1,3‑苯二胺(DATNEB)可作为内标物,通过高效液相色谱法对含氯法合成的1,3,5‑三氨基‑2,4,6‑三硝基苯(TATB)的纯度进行精确分析。为研究DATNEB的合成及其含能特性,以苦味酸为原料,经4‑氨基‑1,2,4‑三唑(ATA)氨化,原甲酸三乙酯乙基化两步制得高纯DATNEB,总收率为32.5%,纯度≥99.8%。产物经红外(Ir)、核磁(^(1)H NMr、^(13)C NMr)、质谱(MS)以及单晶x‑射线衍射确证结构。对苦味酸双氨基化机理和中间体二氨基苦味酸羟基乙基化机理进行了探讨,且对DATNEB热性能和爆轰性能进行了研究。结果表明,DATNEB为单斜晶系,空间群为P21/c,晶体学参数为:a=1.21261(7)nm,b=0.89654(4)nm,c=1.12310(6)nm,V=1.17675(11)nm3,z=4,D=1.62 g·cm^(-3)。吸热峰温为193.9℃,放热峰温为236.0℃,具有较好的热稳定性。理论爆速为7.05 km·s^(-1),爆压为21.14 GPa,总体爆轰性能与三硝基甲苯(TNT)相当,但感度远低于TNT和环三亚甲基三硝胺(rDx)。因此合成的高纯DATNEB不仅可作为内标物,用于分析含氯法合成的TATB纯度,还有望作为熔铸炸药的辅助组分。

关键词： 2,4,6‑三硝基‑5‑乙氧基‑1,3‑苯二胺内标物单斜晶系热稳定性爆轰性能

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激光选区熔化致密度预测模型建立与工艺验证

稀有金属材料与工程 2023年第9期52卷 3239-3249页

作者：张金禹杨家林许崇海刘宁昭王国伟秦煜沈显峰刘禹齐鲁工业大学机械工程学部山东济南250353 中国工程物理研究院机械制造工艺研究所四川绵阳621900 江南大学机械工程学院江苏无锡214122

致密度是评价增材制造成型件性能的重要参数之一,而高致密度成型件对应的工艺参数需要大量实验研究获得。针对该问题,建立了基于工艺参数的熔池致密度预测模型,能够有效地预测熔合不良引起的孔隙,进而为激光选区熔化工艺参数的选择和优... 详细信息

致密度是评价增材制造成型件性能的重要参数之一,而高致密度成型件对应的工艺参数需要大量实验研究获得。针对该问题,建立了基于工艺参数的熔池致密度预测模型,能够有效地预测熔合不良引起的孔隙,进而为激光选区熔化工艺参数的选择和优化提供更多的参考。模型采用有限元分析和数值计算软件获得熔池尺寸以及模拟多层多道次的熔池拼接形貌,并预测工艺参数对应的致密度。同时在熔池预测模型中引入了波动系数、偏转角度以及层间扫描转角,以此兼顾熔池尺寸波动、熔池倾斜以及层间扫描转角对熔池模拟结果的影响。最终,通过Hr-2不锈钢选区激光熔化试验对预测模型的可行性进行验证。结果表明,模型预测结果与成型件熔池试验结果吻合较好,致密度预测结果与实测偏差在2%以内。

关键词：激光选区熔化 Hr-2不锈钢熔池尺寸致密度预测

选区激光熔化成形点阵结构的各向异性对力学性能的影响

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稀有金属材料与工程 2022年第4期51卷 1397-1405页

作者：吴鸿飞王维荣王国伟孙朝明张文康沈显峰陈金明中国工程物理研究院机械制造工艺研究所四川绵阳621900 中国工程物理研究院流体物理研究所四川绵阳621900

选区激光熔化技术(selective laser melting,SLM)成形的金属点阵结构由于具有结构设计自由度大、轻量化、缓冲吸能等优势,在航空航天等领域具有广泛的工程应用前景,然而对其力学性能的研究不够充分。本研究设计了不同方向的体心立方(bod... 详细信息

选区激光熔化技术(selective laser melting,SLM)成形的金属点阵结构由于具有结构设计自由度大、轻量化、缓冲吸能等优势,在航空航天等领域具有广泛的工程应用前景,然而对其力学性能的研究不够充分。本研究设计了不同方向的体心立方(body-centered cubic,bcc)和金刚石(Dia)2种晶胞点阵结构,基于SLM技术成形了AlSi10Mg点阵结构,并对成形试样进行了压缩试验,结合有限元分析(finite element analysis,fEA)研究了点阵结构的各向异性对其压缩响应和吸能特性的影响。结果表明,2种点阵结构均存在明显的各向异性。在相对密度基本一致的情况下,点阵结构方向从0°到45°,随着角度的增大,屈服强度明显增大,bcc点阵结构的各向异性对其压缩屈服强度的影响更加明显,Dia点阵结构的屈服强度明显高于bcc点阵结构。不同方向点阵结构的比吸能(specific energy absorption,SEA)存在明显差异,点阵结构方向从0°到45°,随着角度的增大,SEA明显增大,Dia点阵结构的SEA明显高于bcc点阵结构。不同方向点阵结构的碰撞载荷效率(crash load efficiency,CLE)存在明显差异,bcc点阵结构在0°方向取得最大值1.07,并随着点阵结构角度的增大逐渐减小,Dia点阵结构CLE随着点阵结构角度的增大而增大,并在45°方向上取得最大值1.01。

关键词：选区激光熔化点阵结构压缩性能吸能特性