俄罗斯科学家利用3D打印技术突破热核反应堆材料生产难题

俄罗斯科学家在热核反应堆材料生产方面取得重要进展。NUST MISIS与JSC NIIEFA的专家携手,开发出一种新技术,专门用于生产热核反应堆中面对等离子体的关键组件材料。这些组件在极端环境下工作,需承受高温及氢同位素暴露等严苛条件,对材料性能要求极高。
新技术结合了增材制造(3D打印)与经典方法,成功制造出具有改进特性的钨和铜双金属复合材料。通过选择性激光熔化技术(一种3D金属打印方法),科学家们首先制造出钨多孔结构,随后在高温下将铜注入模具中,形成复合材料。这种复合材料结合了钨的高熔点和铜的其他优良特性,性能远超当前使用的类似材料。
经过优化,科学家成功获得了相对密度达96.7%的固体样品复合材料,其延展性显著提升,在变形35%时仍未观察到断裂,这对于生产面向等离子体的组件至关重要。面向等离子体的组件通常由多种材料制成,增加了可靠连接难度。而新技术使得钨和铜复合材料的制造成为可能,优化了每种材料的优点,实现了特殊的内部结构。
未来,科学家们计划继续利用3D打印技术生产面向等离子体的组件原型,并进行热负载循环测试,以模拟接近热核装置真实运行条件的影响。同时,他们还将优化技术,进一步降低材料的孔隙率,并深入研究材料在热和等离子体环境下的功能特性。
尽管热核聚变技术的实际应用还需数十年时间,但全球主要太空探索国家均在积极研发。俄罗斯欲在此领域保持竞争力,需持续推进相关研究。对于民用能源而言,热核聚变需具备经济效益,但目前预测仍存在高度不确定性。然而,作为重要的低碳能源来源,热核聚变的研究依然意义重大,并将持续进行。在此过程中,3D打印技术和核反应堆的研发将继续发挥关键作用。
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