近日，橡树岭国家实验室（ORNL）科研人员凭借其精湛的技术，成功采用增材制造技术——电子束粉末床熔融（EB-PBF）工艺，打印出了一批具有复杂几何结构且无缺陷的钨部件。这一里程碑式的成果，预示着钨材料在清洁能源技术，特别是核聚变能源领域，将拥有更加广阔的应用前景。
3D打印钨零件图片（图片来源：Michaela Bluedorn/ORNL，美国能源部）
钨及钨合金，作为一种极具挑战性的材料，因其卓越的性能而备受瞩目。它们不仅熔点极高，而且密度、硬度、光泽度和质感均属上乘。此外，钨及其合金还具备出色的耐腐蚀性、延展性和导热性，以及优良的电性能。这些特性使得钨在医疗器械、国防军工、航空航天、电子信息、能源、化工冶金、核工业等多个领域都发挥着不可替代的作用。
然而，钨的这些独特性质也给制造商带来了极大的挑战。由于钨的熔点高、硬度大和脆性大，传统的加工方法往往难以应对，容易出现变形、裂痕、夹心和性能降低等问题。特别是在制备形状复杂的钨零件时，这些问题更是难以避免。
为了突破这一技术瓶颈，同时进一步扩大金属钨的应用领域，橡树岭国家实验室的研究人员凭借其丰富的科研经验和深厚的技术实力，成功地将3D打印技术应用于钨零部件的制造中。他们采用电子束粉末床熔融工艺，通过精确控制电子束的能量和扫描路径，将钨粉末逐层熔化并精确堆积成复杂的三维形状。
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在这个过程中，真空环境起到了至关重要的作用。它不仅减少了异物污染和残余应力的形成，还确保了熔化钨粉末的纯净度和均匀性。因此，通过这种方法制造出的钨部件不仅具有复杂的几何形状，而且无缺陷、性能优越。
ORNL的Michael Kirka表示：“电子束增材制造在复杂钨几何形状的加工方面很有前途，这是扩大耐温金属在能源资源中的使用的重要一步，将助力可持续、零碳的未来。”
据开云app体育下载 了解，钨的高熔点（3410℃）、高强度、小蒸发速度、无放射性、良好的塑性、耐烧蚀和耐冲击等特性，使得它成为核聚变反应堆的偏滤器与面向等离子体的理想材料。在聚变反应中，等离子体温度高达1.8亿华氏度，而钨材料能够承受这样的极端条件，确保反应堆的稳定运行。因此，橡树岭国家实验室的这一成果，将为核聚变能源技术的发展提供强有力的支持。
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