Page 86 - 《摩擦学学报》2020年第4期

496 摩 擦 学 学 报 第 40 卷

0.35 0.8
Pristine Al 2 O 3 ZrO 2
0.30 Load: 8 N 13.5 MGy 0.7 He, T=150 ℃ Si 3 N 4 WC
ball 5 mm, 5 N
0.6
Fricition coefficient 0.20 Full amplitude: 6 mm Fricition coefficient 0.5
0.25
Frequency: 6 Hz
Counterpart: Si 3 N 4 ball
0.4
Ball diameter: 6 mm
0.15
0.3
0.10
0.05 0.2
0.1
0 0
0 2×10 3 4×10 3 6×10 3 8×10 3 0 50 100 150 200
Time/s Distance/m

[48]
Fig. 6 Tribological properties of diamond-like carbon films under gamma ray irradiation and high temperature helium gas
图 6 伽马射线辐照与高温氦气条件下类金刚石薄膜摩擦学性能评价 [48]
[47]
究所 发展以MoS 、石墨和无机粘接剂为主的固体润 聚变装置)真空室超导线圈支持部件润滑，Koch等 [51]
2
滑干膜，满足了控制棒驱动机构部件润滑要求. 清华 利用磁控溅射制备了MoS 系列薄膜，薄膜在载荷1.7 MN
2
[47]
大学利用烧结的二硫化钼镍基合金 ，制备了具有自 温度80 K真空环境下摩擦系数仅为0.03，同时设计了
润滑效果的轴承保持架，经测试证明，室温及250 ℃高 不同厚度Au/MoS 、TiN/MoS 多层结构防止该薄膜在
2
2
温氦气环境下，通过成分设计该材料能够分别获得低 潮湿储存过程中失效问题. 类似的技术在国际热核实
摩擦系数0.03和低磨损率1.5×10 mm /(N·m). 针对山 验堆(ITER)真空室支撑结构上也进行了前期验证，利
3
-5
东荣成20 MW高温气冷堆控制棒驱动机构高精度轴 用MoS 基固体润滑干膜，解决了高承载微动环境下大
2
[48]
[52]
承润滑需求，Zhang等 设计制备的梯度复合类金刚 型机械润滑问题 .
石薄膜，满足了盐雾腐蚀以及5 MGy伽马射线辐照 托卡马克以及未来先进聚变核能均需采用离子
8
后，150 ℃氦气下运行10 次无严重磨损的苛刻要求. 回旋波对中心等离子体进行加热，而离子回旋天线都
被设计成高度集成的窗口插件形式以便于在装置上
3 磁约束聚变堆润滑
安装，其前端模块与可拆卸真空传输臂之间需要滑动
核聚变能是潜在的清洁安全能源，其燃料大量存 接触调节位置以及平衡热应力，该滑动部位要求电接
−4
在于海水之中，至少可以为人类提供几十亿年的核聚 触润滑材料在250 ℃高温长时间烘烤、10 Pa高真空
[53]
变能，是目前认识到的可以最终解决人类能源和环境 以及2 kA高电流下具有良好的稳定性 . ITER微波滑
问题的重要途径之一 [2-3] . 目前比较有希望的两种实现 动电接触属于大负载滑动电接触. 在设计过程中不仅
聚变的方法分别是磁约束核聚变和惯性约束核聚变. 要考虑电接触间的接触电阻来降低运行热负载，而且
磁约束核聚变是利用磁场来约束温度极高的等离子 还要考虑电接触材料在运行过程中的摩擦、磨损. 滑
体的核燃料以使其反应. 高温、高热及高密度等离子 动电接触润滑材料工作在苛刻的核聚变环境下，高真
体在磁场中的约束和控制，需要在真空环境实现并辅 空、高温使得电接触材料间的磨损加剧，磨损会引起
以各种加热、诊断以及维护装置. 因此，磁约束聚变堆 接触电阻升高，在2 kA运行电流下，接触电阻每上升1 mΩ
中运动部件润滑与裂变堆相比有较大差异并有其特 便能在电接触弹片上产生4 kW的热沉积. 因此，
殊性. ITER微波滑动电接触的研发对电接触材料、电接触结
磁约束聚变堆中需要润滑的部件主要集中在主 构设计都有极高的要求. 法国原子能署采用Multi-
真空室内部支撑和安装部件、大型加热天线以及遥操 Contact的LA-CUT产品进行了测试，2004年获得了
作系统等三部分. 磁约束聚变堆中第一壁面临高温、 1.24 kA下10 s稳定运行，并在2013年，将运行记录推
[53]
高热以及高密度等离子体辐照，现阶段第一壁瓦多设 进到2 kA、600 s的结果 . 尽管CEA在微波滑动电接
计为插口或螺母安装固定，以便日后损坏后可快速安 触试验件的运行电流以及运行时间方面不断取得技
装拆卸. 这些安装部位需做安装螺母以及插口DLC， 术突破，然而在试验最后所有滑动电接触表面均出现
MoS 薄膜润滑处理，防止装置真空高温运行后扩散粘 熔毁现象，距离ITER规定的1 200 s、2 kA稳态运行的
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连 [49-52] . 针对仿星器WX-7(一种复杂磁场位型磁约束 目标仍然有很大差距. 法国原子能署IFM研究所