核聚变能是绿色、低碳、可永续发展的能源之一。目前制约实现核聚变能最关键性的难题之一就是面向等离子体材料（PFMs）。由于钨（W）具有高熔点、高热导率、高溅射阈值、低氢滞留等优点,被认为是未来核聚变装置中最有前景的PFMs候选材料之一。然而,在核聚变中高温等离子体的实际工况下,W将面临来自中子、氦（He）离子以及相应热效应三方面的多重作用,这将会使本征脆性的W更容易表现出脆性行为之外,还会使W材料表面形貌发生显著的变化。不仅如此,W还得面临因人为或自然灾害可能导致的冷却失效事故（LOCA）,引发中子辐照后的W发生氧化、挥发进入大气,从而存在核放射性泄漏的风险。本文一方面以添加Y₂O₃第二相来改善材料的脆性作为出发点,批量化制备出大尺寸W-Y₂O₃复合材料,然后开展材料的力学行为、热冲击行为和He离子辐照行为研究;另一方面以添加合金化元素防止W氧化为出发点,开展W-Cr-Zr自钝化合金高温抗氧化行为研究。主要结果如下:1)考虑到W作为PFMs在工程上的应用,先后采用一系列容易实现规模化的制备工艺:湿化学法、连续氢气还原技术、冷等静压技术、传统烧结技术和轧制变形工序,成功地制备出大尺寸、相对密度达99.9%的W-Y₂O₃复合材料块体。经过轧制比为50%的变形后,其织构类型为{111}<uvw>的γ织构和{hkl}<110>的α织构。在进行导热性能测试时发现,制备出的W-Y₂O₃复合材料具有良好的导热性能,特别是高温导热性能。从1200 K开始,W-Y₂O₃复合材料的热导率开始高于纯W。在2000 K时,沿轧制方向的热导率为¹21 W?m^-1K^-1,明显高于纯W在相应温度下的热导率(⁹8 W?m^-1K^-1)。2)对再结晶退火后的W-Y₂O₃复合材料,进行不同温度下的拉伸实验,并选用去应力退火态的纯W作为对比样品（W材料去应力退火态的拉伸性能比再结晶态好）发现,纯W和W-Y₂O₃在300–800℃进行拉伸时,其抗拉强度随着温度的升高而降低,相应的伸长率呈现先增大后减小的趋势;W-Y₂O₃试样在600℃拉伸时表现出最佳的塑性、韧性性能,其断后伸长率可达⁴6%;在相同温度下进行拉伸时,W-Y₂O₃比纯W表现出更好的高温塑性行为,其均匀塑性变形量是纯W的1-4倍。另外,从材料的拉伸性能曲线发现,纯W表现出塑性行为的温度在400℃附近;而W-Y₂O₃复合材料表现出塑性行为的温度在300℃附近。采用本构方程对材料应变硬化阶段的本构关系进行描述时发现,纯W试样呈现Hollomon‘s方程所主导的形变强化行为（幂函数强化）;而W-Y₂O₃试样在均匀塑性变形前期呈现对数函数强化行为,在均匀塑性变形后期又回归到和纯W一样呈现出Hollomon‘s方程所主导的幂函数强化行为。3)对制备出的大尺寸W-Y₂O₃复合材料进行模拟边界局域模（ELMs）式的热冲击实验。在对热冲击冷却阶段关于材料热传导过程进行描述时,发现热传导时温度变化满足Fick第二定律,材料表面需要承受的最大瞬时热应力是发生在材料处于最高温度时开始冷却时刻。根据热冲击后样品的表面形貌,可以发现轧制后的W-Y₂O₃复合材料的截面（ND-TD）相比轧面（RD-TD）具有更好的抗热冲击性能,体现在其塑性变形的能量密度阈值为0.33-0.44 GW/m²之间。另外,W-Y₂O₃复合材料产生主裂纹的宽度和表面粗糙度均随着热冲击能量密度增加呈现先增大后降低的趋势。在承受能量密度为0.66 GW/m²的热冲击时,W-Y₂O₃复合材料的表面形貌主要表现为主裂纹和二次裂纹,并无明显的塑性变形。4)对制备出的W-Y₂O₃复合材料在能量为80 eV、通量为1.2×10²² ion/（m²?s）的辐照条件下进行He离子辐照实验。辐照2 h后发现,在样品表面形成“绒毛状”（fuzz）结构。透射电子显微镜对fuzz结构进行表征时发现,在fuzz结构中存在体心立方（bcc）和面心立方（fcc）结构的W原子晶格。根据原子点阵模型、相变切变能和相变驱动力等多维角度模拟计算发现,bcc-W和fcc-W之间的相变遵循新的相变路径,满足1 12 _bcc//1 01 _fcc;11 1 _bcc//[101]_fcc的位向关系。基于能量最低原则,实现新的相变路径必须遵循其切变模式分解的过程,即切变模式（1 12）//[11 1]分解成（011）//[11 1]和（1 01）//[11 1]两个切变模式。通过构建的He泡模型,发现W中bcc-fcc相变驱动力的临界范围为92.0-414.05 MPa。5)采用磁控溅射技术制备出厚度为⁴μm、不同成分的W-Cr-Zr自钝化合金薄膜,然后在合成空气（Ar+20vol.%O₂）气氛中进行1000℃的氧化实验。采用幂函数来评价其相应的氧化行为时发现,W-11.2Cr-1.7Zr具有最佳的抗氧化性能。分析表明,在足够Cr含量的前提下,W-Cr-Zr自钝化合金的成分关于Zr/Cr值存在一个最优值,该值在⁵%到¹0%之间。对W-11.7Cr-1.7Zr样品进行10 h长时间的氧化实验时,发现其钝化时间可达².5 h,且在后续线性氧化阶段时,还能保持低的氧化速率继续氧化(1.00×10^-5 mg?cm^-1?s^-1)。此外,基于Zr活化元素的添加对Cr高温氧化行为的影响研究表明:在高温氧化过程中,Zr优先氧化生成的ZrO₂可以作为Cr氧化形核位置,促进最初氧化皮的形成;形成的ZrO₂还可以通过阻碍Cr阳离子扩散,从而延长材料钝化时间。