(a)在三点弯曲试验期间变形的BNi-6粘合层的示意图。粘合层局部变形。(b)增韧粘合层的代表性应力 - 应变曲线(红线)。可以在点(1)中确认明显的屈服点。绿色虚线是钎焊失败的一个例子，其中使用了不同的铜合金和钎焊材料。
偏滤器是连续接收核聚变等离子体的极高热量和颗粒载荷的装置。在世界各地正在进行对散热器的研究和开发，该散热器对于散热非常可靠。钨(W)块被认为是偏滤器装甲材料。钨具有很大的优点，例如低氢同位素保留和低溅射产率。在钨铠装的背面，将由热合金制成的铜合金制成的水冷散热器粘合在一起。他们正在考虑在螺旋反应堆(FFHR-d1)中采用相同的结构，NIFS正在进行设计研究。为此，必须粘合钨和铜合金。但是，因为这两种材料不能制造合金，将称为填充材料的粘接材料插入钨和铜合金之间的空间中，并加热到高于900℃的高温。C.此外，由于钨和铜合金的热膨胀系数差别很大，因此在迄今为止使用的方法中，吸收热应力的中间材料必须与填充材料同时插入。到目前为止，不使用中间材料的方法被认为在技术上是困难的。然而，通过插入中间材料，粘合界面的数量和粘合面积增加，而且强度减弱，并且出现散热性能下降和生产成本上升的问题。并加热到900以上的高温?C.此外，由于钨和铜合金的热膨胀系数差别很大，因此在迄今为止使用的方法中，吸收热应力的中间材料必须与填充材料同时插入。到目前为止，不使用中间材料的方法被认为在技术上是困难的。然而，通过插入中间材料，粘合界面的数量和粘合面积增加，而且强度减弱，并且出现散热性能下降和生产成本上升的问题。并加热到900以上的高温?C.此外，由于钨和铜合金的热膨胀系数差别很大，因此在迄今为止使用的方法中，吸收热应力的中间材料必须与填充材料同时插入。到目前为止，不使用中间材料的方法被认为在技术上是困难的。然而，通过插入中间材料，粘合界面的数量和粘合面积增加，而且强度减弱，并且出现散热性能下降和生产成本上升的问题。在用于测量吸收热应力的中间材料的方法中，必须与填充材料同时插入。到目前为止，不使用中间材料的方法被认为在技术上是困难的。然而，通过插入中间材料，粘合界面的数量和粘合面积增加，而且强度减弱，并且出现散热性能下降和生产成本上升的问题。在用于测量吸收热应力的中间材料的方法中，必须与填充材料同时插入。到目前为止，不使用中间材料的方法被认为在技术上是困难的。然而，通过插入中间材料，粘合界面的数量和粘合面积增加，而且强度减弱，并且出现散热性能下降和生产成本上升的问题。
研究结果及其意义
Masayuki Tokitani教授和他在国立融合科学研究所的研究小组开发了一种新技术，通过将粘合层制成垫子，即使不使用中间材料，也能实现钨和铜合金之间的直接粘合。使用这种粘接技术，他们成功制造了一种小型偏滤器模型，即使在反应堆相关条件下(~15 MW / m2)也具有出色的散热能力。
偏滤器组件必须承受极高的热通量。此外，在用于钎焊的热处理阶段期间，由于将整个部件加热至约900℃，然后将其冷却至室温。因此，在铠装和散热器材料的结合界面中引起热应力。应尽可能减少这种热应力。这次，为了同时满足这些要求，研究小组使用填充材料BNi-6(Ni-11%P)和氧化物弥散强化铜合金(ODS-Cu)，GlidCop®(Cu-0.3wt%Al2O3) )并满足最佳粘合条件。
更具体地说，Tokitani教授的小组将钎焊材料的厚度设定为38μm，并且在进行钎焊时将热处理温度和持续时间分别设定在960℃和10分钟。然后，在从960摄氏度到100摄氏度的冷却下，他们使用极慢的自然冷却。在从100摄氏度冷却到室温时，他们使用氮气冷却。在钎焊之后，进行三点弯曲试验以评估粘合强度。令人惊讶的是，粘合层具有延展性。屈服强度达到约200MPa。由于钨和GlidCop®的屈服强度即使在钎焊热处理后也超过300MPa，因此变形区域必须集中在钎焊层本身上。当应变为0.2%时，一眼就可以认为它不是特别重要的塑性变形。然而，由于实际的塑性可变形区域非常薄，例如几十微米，绝对局部应变应显着大于0.2%。这是一个令人惊讶的结果。
这意味着粘合层获得韧性，并且钎焊热处理期间的诱导热应力可以被钎焊层吸收。此外，即使当它们在反应堆操作期间接受意外的热应力时，从偏滤器部件的可靠性的观点来看，所施加的应力的这种松弛能力具有很大的优点。顺便提及，绿色虚线是使用不同铜合金和钎焊材料的钎焊失败的实例。在钎焊失败的情况下，与本研究的先进粘合技术相比，粘合层在应力的1/4处具有脆性特征的断裂。此外，通过先进的钎焊技术成功地制造了W / BNi-6 /GlidCop®的小型偏滤器模型。通过在NIFS使用电子束装置ACT2进行模拟反应器相关条件下的热负荷试验。650℃的温度充分低于BNi-6的熔点(875℃)和钨的再结晶温度(~1500℃)。获得这种优异的除热能力的原因在于，由于采用了不使用任何中间材料的直接接合，因此可以保持从铠装到散热器的最小的传热阻力。
本研究的先进钎焊技术不仅有助于构建优越的偏滤器，而且还有助于大大降低未来聚变反应堆中整个偏滤器结构的建造成本。在未来的工作中，使用这种方法，我们将生产一个大型偏滤器组件，其结构将类似于将在核聚变反应堆中使用的偏滤器。我们将致力于偏滤器设计和施工，使远程操作和安全使用成为可能。