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HT-7U Project. ASIPP. HT-7U 偏滤器靶板材料创新项目 陈俊凌 2002.9.30. HT-7U Project. ASIPP. 主要研究内容 高性能面对等离子体材料的基体材料 ; 抗等离子体溅射腐蚀的功能涂层研究 ; 面对等离子体材料与热沉材料系统的功能 集成 ; 整个第一壁材料系统在承受高热负荷和高 粒子通量轰击情况下的长时间稳定性研究。. 1240 0 C. 510 0 C. ( stainless steel backing plate Thk ＝ 0.3cm). 346 0 C.

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Presentation Transcript

  1. HT-7U Project ASIPP HT-7U偏滤器靶板材料创新项目 陈俊凌 2002.9.30

  2. HT-7U Project ASIPP • 主要研究内容 • 高性能面对等离子体材料的基体材料; • 抗等离子体溅射腐蚀的功能涂层研究; • 面对等离子体材料与热沉材料系统的功能 • 集成; • 整个第一壁材料系统在承受高热负荷和高 • 粒子通量轰击情况下的长时间稳定性研究。

  3. 12400C 5100C (stainless steel backing plate Thk＝0.3cm) 3460C Fig.13. Thermal response of the divertor tiles KSTAR在设计脉宽长度为20s的第一阶段，其偏滤器靶板的峰值热负荷在3.5MW/m2量级时，采用机械连接；在第二阶段目标300s时拟采用纤焊连接

  4. HT-7U Project ASIPP • 完成该项目的前提条件 • 目前的掺杂石墨基体材料采用机械连接我们比较有把握做到最高峰值热负荷为78MW/m2（10s以内），56MW/m2（100s以内），23MW/m2（稳态-1000s），超过以上范围不发展钎焊和其它连接技术将非常困难； • 目前的掺杂石墨即使通过发展钎焊连接技术，其最高稳态热负荷也只能达到56MW/m2（稳态1000s），超过这样的范围今后只能采用高性能的CFC作为第一壁材料； • 完成以上两项除我们已基本掌握第一壁材料和热沉的连接技术外，最重要的是热沉材料的选择。HT-7U项目所定的铜合金热沉材料应在大批量供货前提供其热物理和力学性能数据（至于其焊接和可加工性能可能需相关同志来考虑），先期提供一定量的试验样品供分析和实验研究也是必需的； • 完成本项目从人员上还需有12位帮手;

  5. 国外最多选用的两种热沉铜材性能比较及参考 CuCrZr DS-Cu(Glidcop Al25) 200C 4000C 6000C 200C 4000C 6000C 屈服强度/MPa 280 170 480 230 140 极限强度/MPa 400 230 460 250 150 总伸长率/% 25 20 25 20 20 热导率/W.m-1.K-1 350 320 360 320 300 可焊接性 好 中等 可纤焊性(brazability) 中等（热处理〕 好（无银） 热压连接（hipping) 中等（热处理） 好 DSCu主要优点是高温下仍有很好的机械性能；CuCrZr的主要优点是在焊接方面积累了丰富的经验，热处理后能恢复其初始性能。

  6. HT-7U Project ASIPP • 完成本项目的主要工作内容和计划 • 在以前工作的基础上尚需发展一种热导值达200300W/m.K的基本是各向同性的掺杂石墨，其抗弯强度应能达到4050MPa，这个工作已进行过初步探索只是强度要求方面尚有差距，整个工艺还需经过适当的完善（完成时间2004年2月）； • 石墨瓦片的加工和处理（完成时间2004年6月）； • 掺杂石墨上的钨基复合涂层工艺及实验研究，在以上掺杂石墨基体上通过双层辉光放电等离子体渗先实现1020m的金属铼涂层作为扩散阻挡层，再在金属铼上采用CVD实现20100m的钨涂层，在其涂层材料系统方面已进行了初步的工作，尚需进一步的定型和完善到能承受稳态10MW/m2热负荷的水平（完成时间2004年12月）；

  7. HT-7U Project ASIPP • 全部偏滤器瓦片完成钨涂层（完成时间2005年6月）； • 开展适合HT-7U偏滤器靶板的第一壁材料和热沉连接技术及稳定性实验研究等，为HT-7U偏滤器靶板设计提供参数如：螺栓连接预紧力对传热效果的影响，最佳预紧力值的确定；PFM与热沉螺栓连接当中的柔性适配层（Carbon sheet）材料选择，其厚度对传热效果的影响；PFM与热沉连接界面间接触热阻值范围的确定和测量；PFC炭基板瓦的几何形状（如板瓦尺寸大小、板瓦厚度）的确定等（完成时间2004年6月）； • 发展偏滤器靶板与热沉的钎焊及可靠性检测与评价技术，尽管我们目前主要采用机械连接来实现第一壁材料与热沉的连接，但从长远来看发展钎焊技术对HT-7U装置今后是不可缺少的，而且该技术所需的时间周期一般都需几年以上，因此建议在本创新项目上进行适当的探索作为今后的技术贮备是必需的（2005年12月有初步结果）。

  8. HT-7U Project ASIPP 完成本项目所需的经费 本项目按100万元来预算 l高性能掺杂石墨基底材料（35万元，不足部分有HT-7U第一壁材料课题适当的补充）； l石墨瓦片的加工和处理（8万元）； l石墨瓦片上的钨基复合涂层技术研发和涂层（30万元）； lHT-7U偏滤器靶板的第一壁材料和热沉连接技术及稳定 性实验研究（12万元）； l偏滤器靶板与热沉的钎焊连接技术研发（15万元）。

  9. HT-7U Project ASIPP 报告完毕，谢谢！

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