氚增殖包层是聚变堆的关键部件之一,其主要功能是进行氚的增殖和提取,以实现聚变堆氚自持。在聚变堆固态氚增殖包层中,一般采用锂陶瓷球床作为产氚载体。在包层运行时,球床温度可达350℃-800℃,锂陶瓷球床在循环热应力下容易和包层结构钢之间产生作用,不仅直接影响包层的力学性能,也可能引起锂陶瓷颗粒破碎粉化,影响氚的增殖和提取。因此,本文开展球床热机械性能和破碎特性实验研究,为固态包层的设计与发展提供数据支撑。首先,基于中国科学院等离子体物理研究所的热机械实验装置,开展了Li2TiO3球床的单轴压缩实验。研究了Li2TiO3球床在RT-800℃、循环载荷下的力学特性以及粒径、球床高度等对力学性能的影响,获得了Li2TiO3球床的应力-应变曲线,并根据应力-应变曲线得到了残余应变经验关系式。研究发现,在第一个加载循环中,球床表现出了较大的不可逆残余应变。随加载次数增多,残余应变越来越小。在相同的机械载荷下,0.47mm Li2TiO3球床比0.99 mm Li2TiO3球床产生更高的残余应变。在高温单轴压缩实验中,随着温度的升高球床的应变不断增大。在800℃下,经过100次加载卸载循环后,球床应变几乎接近10%。对500℃、6MPa下不同高度球床的力学实验表明,球床高度对力学行为有较大影响。其次,开展了不同粒径Li2TiO3颗粒破碎载荷实验以及Li2TiO3球床的破碎率测试。基于颗粒破碎载荷实验装置,测得500℃高温循环载荷后的0.99 mm Li2TiO3颗粒粒径以及破碎载荷与0.99 mm Li2TiO3原样颗粒对比无明显变化。0.47 mm颗粒的破碎载荷平均破碎载荷仅为8.23N,而0.99mm颗粒的平均破碎载荷为33.85N,明显高于0.47 mm颗粒。此外,高温循环载荷实验后的球床破碎率测试实验发现,500℃下0.99mm Li2TiO3球床在4、6、8MPa的最大机械载荷下,破碎率为0.61%、0.74%、1.01%依次增大。本文对聚变堆固态包层Li2TiO3球床进行了热机械性能实验,对Li2TiO3颗粒及球床的破碎进行了初步实验研究,获得了Li2TiO3球床及颗粒的高温力学特性及破碎特征,对固态包层的设计与研发有重要参考意义。