空间核反应堆动力系统由于使用寿命长,结构紧凑,功率大,已成为空间探索的首选。Mo-3Nb合金单晶是空间核反应燃料元件的组成构件,其性能决定着反应堆的使用寿命。由于焊接使材料在微观组织上发生变化,因此,Mo-3Nb合金单晶材料的焊接成为空间热离子反应堆电源系统在太空探索应用的关键科学技术之一,焊接质量直接影响燃料元件的使用寿命。本文围绕Mo-3Nb合金单晶焊缝开展机械性能测试、微观组织观察分析和计算机模拟的研究。本文研究内容可以分为三部分,第一,对西北有色金属研究院生产的棒材和焊缝材料进行取样,利用小冲杆试验(Small Punch Test,SPT),在电子万能试验机上进行压缩试验,来获取样品的载荷-位移曲线,采用双切线的方法计算材料的屈服强度;使用扫描电子显微镜观察断口;使用显微硬度计,测试和分析焊缝材料和基体材料的硬度变化。第二,使用透射电镜等对样品中的析出相进行观察,同时,通过EDS测试分析析出相的组成,研究材料在焊接前后的析出相的变化。第三,在Matlab软件平台上编程,使用元胞自动机法(Cellular Automata,CA)实现Mo-3Nb合金单晶焊接焊缝的计算机模拟。试验结果表明,Mo-3Nb单晶材料在焊接前后,材料的硬度基本不变,焊缝区材料的屈服强度较基体有所降低,大约是基体材料屈服强度的85%,断裂位移小,材料的脆性增加。通过对Mo-3Nb合金单晶棒材样品观察,发现材料存在圆形状的析出相;焊接材料在TEM下被观察到析出相形状变为长棒状,在焊接前后析出相的成分没有明显的变化。通过计算机微观组织模拟,再现了焊缝竞争生长的机理和晶界形成的生长过程,软件的可视化有助于分析和改进焊接工艺,提高Mo-3Nb合金单晶的使用寿命。