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利用氘氚核聚变反应所产生的聚变能是未来解决能源问题的重要途径之一，构建适合于核聚变反应的装置成为当前核聚变研究的重要工作。热核反应器直接面向等离子体的材料需要承受高能粒子和高热量冲击，是成功构建聚变装置的关键。钨材料具有熔点高、导热性能好、物理溅射阈值高和无化学溅射等特性，是最有希望的面向等离子体材料之一。采用等离子体喷涂方法制备钨涂层材料，具有效率高、成本低、涂层质量良好等特点而备受重视。本文采用大气和真空等离子体喷涂技术在铜基材上制备了钨涂层；探查了等离子体喷涂钨涂层的结构和组成；测定了钨涂层的某些物理性能、力学性能和热学性能；采用高能电子束冲击和激光辐照实验，模拟了热核反应器中的高能粒子流对钨涂层的冲击；同时还在石墨基材上尝试制备了钨涂层。本论文取得的主要结果有：
1.对比研究两种钨粉末的颗粒形貌和粒径分布，选择粒径分布较窄、颗粒球形度高、分散性较好、氧含量较低的钨粉，作为等离子体喷涂使用的原料。
2.分别采用大气、氩气气氛保护和真空等离子体喷涂技术制备钨涂层。优化了真空和大气等离子体喷涂工艺参数，在铜基材上成功制备了结构均匀、基本性能稳定、结合良好、厚度可控的钨涂层。真空等离子体喷涂钨涂层显微结构更为致密，杂质含量较少。
3.较为系统地测定了等离子体喷涂钨涂层的基本物理性能(气孔率、密度、表面粗糙度等)、力学性能(结合强度、残余应力、显微硬度等)、热学性能(热导率、热膨胀系数等)和抗热冲击性能(抗高能电子束冲击和抗激光辐照)等，为钨涂层作为面向等离子体材料在热核反应器中的应用提供基本数据和实验依据。
4.采用真空等离子体喷涂技术，对比研究了采用Ti+W、Cu+W等不同梯度中间层作为铜基材和钨涂层之间的过渡层时，钨涂层与铜基材的结合性能。发现采用Cu+W中间层可有效缓和涂层和基材之间的热膨胀系数失配，减小涂层残余应力，提高涂层结合强度。
5.大气和真空等离子体喷涂钨涂层的热学性能对比研究结果表明：两者的热膨胀系数差异不大，而真空等离子体喷涂钨涂层因为具有更为致密的显微结构和较少的杂质含量，具有较高的热导率。
6.利用高能电子束和大功率二氧化碳激光辐照分别模拟聚变装置中第一壁材料所承受的常规高能粒子冲击和局部区域的超高能量密度热冲击，评价了大气离子体喷涂钨涂层与不同工艺参数、不同过渡层的真空等离子体喷涂钨涂层的抗热冲击能力。结果表明，采用Cu+W中间层作为过渡层的真空等离子体喷涂钨涂层具有较为优良的抗热冲击能力。
7.采用真空等离子体喷涂技术在石墨基材上尝试制备了钨涂层。所制备的涂层结构致密，与石墨基材间结合良好，具有一定的抗激光辐照能力。