Tesis:
Microstructural and mechanical characterization of tungsten based materials for fusion reactors.
- Autor: PALACIOS GARCIA, Teresa
- Título: Microstructural and mechanical characterization of tungsten based materials for fusion reactors.
- Fecha: 2015
- Materia: Sin materia definida
- Escuela: E.T.S. DE INGENIEROS DE CAMINOS, CANALES Y PUERTOS
- Departamentos: CIENCIA DE LOS MATERIALES
- Acceso electrónico: http://oa.upm.es/37262/
- Director/a 1º: PASTOR CAÑO, José Ignacio
- Resumen: El wolframio y sus aleaciones se consideran los mejores candidatos para la construcción del divertor en la nueva generación de reactores de fusión nuclear. Durante el funcionamiento del reactor, este componente va a recibir las cargas térmicas más elevadas ya que estará en contacto directo con el plasma. En los últimos años, después de un profundo análisis, se ha tomado la decisión de construir el divertor íntegramente de wolframio, por ello, el wolframio no solo actuara como material en contacto con el plasma (PFM), sino que también tendrá aplicaciones estructurales. Debido a las condiciones extremas que tendrá que soportar el divertor, se necesitan materiales con propiedades muy exigentes. Debido a las excelentes propiedades termo-físicas del wolframio, cumple todos los requerimientos para ser utilizado como PFM, sin embargo, su inherente fragilidad pone en peligro su uso estructural. Por tanto, uno de los principales objetivos de este trabajo es encontrar una aleación base wolframio con menor fragilidad. A lo largo de esta tesis, se ha realizado la caracterización microstructural y mecánica de diferentes materiales basados en wolframio. Sin embargo, ésta tarea es un reto debido a la pequeña cantidad de material suministrado, su reducido tamaño de grano y su fragilidad. Por ello, para una correcta medida de todas las propiedades físicas y mecánicas se necesitan diversas técnicas experimentales. Algunas de estas técnicas se emplean habitualmente como la nanoindentación o los ensayos de flexión en tres puntos (TPB). Sin embargo, otras han sido especialmente desarrollados y aplicadas durante el desarrollo de esta tesis, este es el caso de la medida real de la tenacidad de fractura en los materiales masivos, o de las medidas in situ de la tenacidad de fractura en las láminas delgadas de wolframio. Se han estudiado materiales masivos con diversas composiciones (W-1% Y2O3, W-2% V- 0.5% Y2O3, W-4% V-0.5% Y2O3, W-2% Ti-1% La2O3 y W-4% Ti-1% La2O3), y se han comparado con un W puro producido en las mismas condiciones. Estas aleaciones, producidas por ruta pulvimetalúrgica basada en aleado mecánico (MA) y compactación isostática en caliente (HIP), han sido microstructural y mecánicamente caracterizadas desde 77 hasta 1473 K, en aire y en alto vacío. Se ha medido la dureza, el módulo elástico, la resistencia a flexión y la tenacidad de fractura para todas las aleaciones, entre otras propiedades físicas y mecánicas. Finalmente, se han analizado las superficies de fractura después de los ensayos de TPB para relacionar los micromecanismos de fallo con el comportamiento macroscópico a rotura. Los resultados obtenidos muestran comportamiento mecánico frágil en casi todo el intervalo de temperaturas y para casi todas las aleaciones. No se ha observado una mejora de la temperatura de transición dúctil-frágil (DBTT), motivo por el cual también se ha analizado la posibilidad de utilizar láminas delgadas de W. Con este fin, se ha realizado un estudio preliminar de láminas delgadas de W puro y W dopado con K, fabricadas industrialmente mediante sinterizado y laminación en caliente y en frio. Los materiales se sometieron a un tratamiento térmico de recocido desde 1073 hasta 2673 K para determinar la evolución de su microestructura y las propiedades mecánicas al aumentar la temperatura de recocido. Los resultados muestran la estabilización de los granos de W con el incremento de la temperatura de recocido en las láminas delgadas de W dopado con un 0.005 wt.% K. Sin embargo, es necesario realizar estudios adicionales para entender mejor la microstructura y algunas propiedades mecánicas de estos materiales, como la tenacidad de fractura.