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钨/铜功能梯度材料(W/Cu FGM)通过特殊的设计和构造，使成分和性能缓慢变化，它可以缓解制备和服役过程中由于热失配而产生的巨大热应力，延长材料的使用寿命，非常适合作为托卡马克面对等离子体材料。本文结合面对等离子体材料应用实际，开展了W/Cu FGM优化及性能方面的研究。 采用有限元分析方法(ANSYS10.0)对主动水冷W/Cu梯度模块进行了稳态热流下的温度场和应力场模拟和分析。并与OFHC适配层和直接连接进行了对比，分析了梯度层的结构和成分对温度场和应力场的影响。结果表明，梯度层能够极大的缓和热应力和降低塑性应变，其缓和程度与梯度层厚度相关，热应力随梯度层厚度增加而先减小后增加。采用6 mm厚的4层梯度层，模块最大热应力降幅可达到70％，同时塑性应变完全消失，相比采用OFHC适配层更优。尽管梯度层的引入对热沉基体的温度影响较小，但是其造成表面温升却不容忽视，对6 mm的梯度层，模块表面温升可达20％。梯度层的结构和成分分析表明，热应力随层数(n)的增加先急剧减小，后缓慢变化渐至饱和;同时，热应力随成分分布指数(p)的增加，先急剧减小，而后缓慢变化，随后急剧增加。对4mm厚的梯度层，最优化的梯度层层数和成分分布指数为:n=4，p=2（富钨分布）。 采用通电超高压烧结(RSUHP)方法制备了此类结构的全成分分布(0～100％)的W/Cu FGM。材料总体致密度较高，可达98.5％，然而其纯钨层致密度相对较低，仅为95.7％;梯度界面清晰、过渡自然;成分呈现梯度变化，无明显迁移扩散;W相和Cu相弥散分布，无宏观偏析和团聚;梯度层各层结构和成分与设计值基本保持一致;梯度材料性能也呈现梯度变化规律;W/CuFGM的各层热导率可观，总体热导率与层数有关，在较低的层数时(＜4)，界面热阻对总体热导率影响较小，层数较多时，界面热阻影响较大，等效热导率下降明显。 HT-7托卡马克边界等离子体辐照W/Cu FGM约210炮之后，样品表面没有明显的杂质沉积和新相生成;W/Cu FGM的界面应力“歧点“处没有发现开裂，显示出梯度材料良好的抗热疲劳性能。然而，梯度材料表面纯钨层出现了脆性开裂，此类脆性裂纹可扩展至界面处，然后沿界面横向扩散，造成界面的失效，直至纯钨层的脱落;而且，此类裂纹扩展沿着锯齿状结构，裂纹交错更易产生灰尘颗粒，从而造成对等离子体的污染。研究同时还表明，细化晶粒可有效缓解此类裂纹损伤程度;但是添加La2O3弥散颗粒，反而造成了表面更严重的损伤。 采用TEMP-6型强流脉冲离子束(HIPIB)模拟瞬态热负荷评价W/Cu FGM表面纯钨层的瞬态热负荷性能，材料表面出现裂纹、熔化、沸腾，并伴随着局部晶粒纳米细化现象。裂纹分为一次裂纹和二次裂纹，局部熔化首先出现在裂纹区，表面局部烧蚀沸腾形成了多孔蓬松状结构，局部的烧蚀和熔化是材料表面粗化的原因。在150 MWm-2s1/2时，纯钨表面出现局部烧蚀和裂纹，但商用钨在160MWm-2s1/2仅出现裂纹;添加La2O3弥散颗粒却造成了更严重的损伤，W-1％La2O3复合材料表面出现了相对均匀的大面积熔化及凝固产生的裂纹，复合材料表面粗化更严重。 总体来说，W/Cu FGM拥有较好的抗等离子体辐照热疲劳轰击能力，但其纯钨层仍然需要提高，以避免等离子体暴露过程中的脆性开裂导致的脱落和降低由瞬态热流造成的表面损伤。