近日，橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室（ORNL）科研人員憑借其精湛的技術(shù)，成功采用增材制造技術(shù)——電子束粉末床熔融（EB-PBF）工藝，打印出了一批具有復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)且無缺陷的鎢部件。這一里程碑式的成果，預(yù)示著鎢材料在清潔能源技術(shù)，特別是核聚變能源領(lǐng)域，將擁有更加廣闊的應(yīng)用前景。
3D打印鎢零件圖片（圖片來源：Michaela Bluedorn/ORNL，美國能源部）
鎢及鎢合金，作為一種極具挑戰(zhàn)性的材料，因其卓越的性能而備受矚目。它們不僅熔點(diǎn)極高，而且密度、硬度、光澤度和質(zhì)感均屬上乘。此外，鎢及其合金還具備出色的耐腐蝕性、延展性和導(dǎo)熱性，以及優(yōu)良的電性能。這些特性使得鎢在醫(yī)療器械、國防軍工、航空航天、電子信息、能源、化工冶金、核工業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域都發(fā)揮著不可替代的作用。
然而，鎢的這些獨(dú)特性質(zhì)也給制造商帶來了極大的挑戰(zhàn)。由于鎢的熔點(diǎn)高、硬度大和脆性大，傳統(tǒng)的加工方法往往難以應(yīng)對(duì)，容易出現(xiàn)變形、裂痕、夾心和性能降低等問題。特別是在制備形狀復(fù)雜的鎢零件時(shí)，這些問題更是難以避免。
為了突破這一技術(shù)瓶頸，同時(shí)進(jìn)一步擴(kuò)大金屬鎢的應(yīng)用領(lǐng)域，橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室的研究人員憑借其豐富的科研經(jīng)驗(yàn)和深厚的技術(shù)實(shí)力，成功地將3D打印技術(shù)應(yīng)用于鎢零部件的制造中。他們采用電子束粉末床熔融工藝，通過精確控制電子束的能量和掃描路徑，將鎢粉末逐層熔化并精確堆積成復(fù)雜的三維形狀。
中鎢在線鎢粉圖片
在這個(gè)過程中，真空環(huán)境起到了至關(guān)重要的作用。它不僅減少了異物污染和殘余應(yīng)力的形成，還確保了熔化鎢粉末的純凈度和均勻性。因此，通過這種方法制造出的鎢部件不僅具有復(fù)雜的幾何形狀，而且無缺陷、性能優(yōu)越。
ORNL的Michael Kirka表示：“電子束增材制造在復(fù)雜鎢幾何形狀的加工方面很有前途，這是擴(kuò)大耐溫金屬在能源資源中的使用的重要一步，將助力可持續(xù)、零碳的未來。”
據(jù)中鎢在線了解，鎢的高熔點(diǎn)（3410℃）、高強(qiáng)度、小蒸發(fā)速度、無放射性、良好的塑性、耐燒蝕和耐沖擊等特性，使得它成為核聚變反應(yīng)堆的偏濾器與面向等離子體的理想材料。在聚變反應(yīng)中，等離子體溫度高達(dá)1.8億華氏度，而鎢材料能夠承受這樣的極端條件，確保反應(yīng)堆的穩(wěn)定運(yùn)行。因此，橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室的這一成果，將為核聚變能源技術(shù)的發(fā)展提供強(qiáng)有力的支持。
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