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俄羅斯科學(xué)家利用3D打印技術(shù)突破熱核反應(yīng)堆材料生產(chǎn)難題

2025-01-22 13:52  瀏覽:  

俄羅斯科學(xué)家在熱核反應(yīng)堆材料生產(chǎn)方面取得重要進(jìn)展。NUST MISIS與JSC NIIEFA的專家攜手,開發(fā)出一種新技術(shù),專門用于生產(chǎn)熱核反應(yīng)堆中面對等離子體的關(guān)鍵組件材料。這些組件在極端環(huán)境下工作,需承受高溫及氫同位素暴露等嚴(yán)苛條件,對材料性能要求極高。

新技術(shù)結(jié)合了增材制造(3D打印)與經(jīng)典方法,成功制造出具有改進(jìn)特性的鎢和銅雙金屬復(fù)合材料。通過選擇性激光熔化技術(shù)(一種3D金屬打印方法),科學(xué)家們首先制造出鎢多孔結(jié)構(gòu),隨后在高溫下將銅注入模具中,形成復(fù)合材料。這種復(fù)合材料結(jié)合了鎢的高熔點(diǎn)和銅的其他優(yōu)良特性,性能遠(yuǎn)超當(dāng)前使用的類似材料。

經(jīng)過優(yōu)化,科學(xué)家成功獲得了相對密度達(dá)96.7%的固體樣品復(fù)合材料,其延展性顯著提升,在變形35%時仍未觀察到斷裂,這對于生產(chǎn)面向等離子體的組件至關(guān)重要。面向等離子體的組件通常由多種材料制成,增加了可靠連接難度。而新技術(shù)使得鎢和銅復(fù)合材料的制造成為可能,優(yōu)化了每種材料的優(yōu)點(diǎn),實(shí)現(xiàn)了特殊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

未來,科學(xué)家們計(jì)劃繼續(xù)利用3D打印技術(shù)生產(chǎn)面向等離子體的組件原型,并進(jìn)行熱負(fù)載循環(huán)測試,以模擬接近熱核裝置真實(shí)運(yùn)行條件的影響。同時,他們還將優(yōu)化技術(shù),進(jìn)一步降低材料的孔隙率,并深入研究材料在熱和等離子體環(huán)境下的功能特性。

盡管熱核聚變技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用還需數(shù)十年時間,但全球主要太空探索國家均在積極研發(fā)。俄羅斯欲在此領(lǐng)域保持競爭力,需持續(xù)推進(jìn)相關(guān)研究。對于民用能源而言,熱核聚變需具備經(jīng)濟(jì)效益,但目前預(yù)測仍存在高度不確定性。然而,作為重要的低碳能源來源,熱核聚變的研究依然意義重大,并將持續(xù)進(jìn)行。在此過程中,3D打印技術(shù)和核反應(yīng)堆的研發(fā)將繼續(xù)發(fā)揮關(guān)鍵作用。

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