受控热核聚变反应能是未来最有前途的能源之一。然而如何有效地利用这种聚变能,还有许多技术难题有待解决。聚变反应堆第一壁材料的选择和制备,正是其中的关键问题之一。钨和奥氏体不锈钢均是核聚变反应堆结构第一壁材料的理想备选材料,其中W因其优异的热导率、低的热膨胀系数、强热冲击抗力、良好高温强度、低溅射率、高溅射阈值和低氚滞留特性而被公认为是面向高温等离子体的最理想材料。然而,因其在低温下的材料脆性,钨必须由其它具有低温韧性的结构材料支撑才能有效发挥作用。而奥氏体不锈钢则是最为理想的第一壁结构支撑材料之一。因此,钨与不锈钢的结合及材料制备自然成了第一壁材料研究中的一个重要课题。目前,钨与钢的连接主要采用钎焊与固相扩散焊。前者往往会因钎料过渡层的加入而影响接头性能,后者则会因钨与钢之间的热物理参数差异大而产生热配错(热应力)。本文旨在以316L不锈钢粉和钨粉为原料,通过采用机械合金化(Mechanical Alloying,简称MA)和放电等离子体烧结(Spark Plasma Sintering,简称SPS)技术,制备出316L/W梯度功能复合材料(FGM);作为对比,还采用传统熔铸工艺制备316L/W金属基复合材料(MMC),并做了相关测试和分析,以期为最终开发和制备具有实际应用价值的第一壁材料积累一些理论和实验基础。首先,将不同配比的316L/W粉体进行机械混合或机械预合金化处理;其次,利用SPS在1050℃*45.5MPa*3min的工艺下烧结出致密的梯度复合材料316L/316L-50W/W、在1050℃*45.5MPa*5min的工艺下烧结出致密的梯度复合材料316L/316L-20W/316L-50W/316L-80W/W;在1550℃、分别保温1min、3mins、5mins下,熔铸制备316L/W颗粒增强复合材料;最后,通过OM、XRD、SEM、EDS等测试手段,对球磨粉体和复合材料的微观形貌、界面物相、元素成分、硬度和耐磨性进行表征。结果表明:随着球磨时间的增加,W颗粒逐渐细薄且光滑,部分W颗粒碎屑聚集或镶嵌在严重塑性变形的316L颗粒之上。在梯度材料316L/316L-50W/W中,过渡层的硬度值处于316L与W的硬度值之间;短时球磨中间层的界面硬度呈平缓过渡,过长时间球磨的中间层的界面出现硬度突变;适度的预合金工艺更有利于烧结完整、无孔隙和平缓过渡的梯度材料。在梯度材料316L/316L-20W/316L-50W/316L-80W/W中,W颗粒与316L基体的界面出现灰色过渡(适配)层,其厚度随粉体球磨时间增加而增宽,适配层主要含有Fe7W6,Fe3W3C和Fe2W等金属间化合物。控制球磨预合金化时间能获得界面结合强度高、烧结缺陷少、性能梯度变化的复合材料。对熔铸316L/W复合材料的微观表征发现,316L/W界面结合强度弱且孔隙较多;随着高温保温时间的增加,硬脆相增多且偏聚严重。W颗粒增强相提高了316L基体的摩擦系数并改变了摩擦机制;但受固液界面颗粒推移和扩散反应影响,W颗粒发生着动态溶解、扩散和偏聚析出,难以获得形状规则完整的增强相。相比熔铸工艺,借助MA工艺的SPS烧结更容易实现对316L/W复合材料成分、组织和性能的控制,即更容易实现调控W相的含量及均匀弥散性、复合材料的致密度和孔隙度、材料的成分梯度和增强复合材料界面的结合强度,是一种值得深入探讨的第一壁材料制备工艺。