单点金刚石切削技术在ICF靶制备中的应用

单点金刚石切削(SPDT)技术是上世纪80年代以来国际上推广应用的一项新技术,是实现超精密加工的有效技术途径。本文阐述了SPDT技术的原理、特点以及在ICF靶制备中的应用,包括腔体的制备、异形靶零件的制备以及泡沫车削加工等。     

冲击波平面性、稳定性实验用双边多台阶Al靶制备

多台阶靶是冲击波稳定性、平面性实验的重要实验用靶。本工作采用单点金刚石切削技术,优化工艺过程设计,完成了铝双边多台阶靶的制备。应用Veeco NT1100白光干涉仪对表面轮廓及粗糙度进行了测量。通过SPDT技术制备的具有微细双边结构的多台阶靶可满足实验要求。各台阶表面几何厚度误差小于1%,均方根粗糙度Rq小于50 nm,轮廓最大高度Tir仅在底部台阶处最大,约200 nm,其余台阶处均小于100 nm,台阶垂直度在90°±1°内。     

用SPDT技术制备正弦调制靶的表面起伏图形

正弦调制靶是瑞利-泰勒(Rayleigh-Taylor,R-T)不稳定性研究的重要实验用靶.从国内外实验用靶的需求出发,采用金刚石车削技术,在紫铜表面完成了振幅为10 um、波长为100 um等一系列正弦曲线的加工.采用直线插补原理编制数控加工程序,利用超精密金刚石车床,设计了合理的加工工艺过程,分析了对正弦曲线轮廓加工及测量的主要影响因素及误差,通过Form Talysurf series 2型触针式轮廓仪对正弦曲线轮廓进行测量.结果表明:正弦曲线轮廓平滑,波长和振幅数值上与理论值基本相同.通过SPDT技术制备的正弦曲线图形基本满足R-T不稳定性实验需求.     

整体式空腔Cu靶的化学镀制备工艺

对整体式空腔 Cu 靶的化学镀制备工艺和靶表面抗腐蚀处理进行了研究。选用有机玻璃(PMMA)作芯铀,对芯轴表面活化处理,在芯轴表面化学镀 Cu,再用苯骈三氮唑(C6H5N3)溶液钝化处理Cu靶表面,溶蚀芯轴,最终获得整体式空腔 Cu靶。该法工艺简单,制备费用较低,对惯性约束聚变研究所需其它金属或合金空腔靶的制备具有较高的参考价值。     

金刚石薄膜为掩膜离子束室温溅射可控制备硅纳米圆锥阵列

以金刚石薄膜为掩膜,采用低能Ar+室温倾角溅射的方法制备密度和形貌可控的硅纳米圆锥阵列.扫描电子显微镜(SEM)结果表明,离子束溅射后得到的硅纳米圆锥密度与作为掩膜的金刚石薄膜颗粒密度相当;硅纳米圆锥的形貌与离子束入射角有密切关系,随着入射倾角由30°增大到75°;得到的硅纳米圆锥的锥角由73°减小到23°,其长径比从500 am/360 nm增大到2400nm/600nm.由于金刚石比硅材料的溅射速率更低,因此以金刚石薄膜为掩膜可以制备较大长径比的硅纳米圆锥阵列;随着入射角的增大,离子束溅射诱导的表面原子有效扩散系数减小和溅射速率增大是硅纳米圆锥的锥角减小、长径比增大的主要原因.     

核辐射探测器金刚石膜制备技术研究

根据核辐射探测器的要求,研究了不同处理方式下的基片对金刚石膜质量的影响以及气源中不同甲烷浓度对金刚石膜质量的影响。采用微波等离子体化学气相沉积法在Si(100)基片上制备出了金刚石薄膜,并通过扫描电子显微镜、X射线衍射和激光Raman光谱分别对金刚石膜的表面及截面形貌、晶体取向和纯度进行分析。实验结果表明:用金刚石粉研磨基片有利于金刚石膜沉积;甲烷浓度过高或过低都不利于制备高质量的金刚石膜;当CH4/H2为1.4/400时制备的金刚石薄膜(111)晶面择优取向最好。根据研究所获得的对金刚石薄膜质量影响规律,制备了达到辐射探测器质量要求的金刚石膜。     

复合离子镀膜技术制备Cr+Ti+TiNC/TiNC+C/DLC膜性能研究

结合中频孪生靶非平衡磁控溅射、电弧离子镀和霍尔离子源辅助沉积三种工艺,制备了Cr Ti TiNC/TiNC C/DLC硬质膜.硬质膜呈深黑色,表面比较光滑,顶层为掺N的类金刚石(Diamond-like Carbon,DLC)膜,中间层为含C的TiNC,底层为含Ti和Cr的TiNC,力学性能良好.     

感应耦合等离子体源制备硬质类金刚石膜的研究

采用感应耦合等离子体源(ICPS)成功地实现化学气相沉积硬质类金刚石(DLC)膜,并考察了基片负偏压对类金刚石膜沉积过程和薄膜性质的影响。薄膜的微观形貌、显微硬度、沉积速率以及结构成分分析表明感应耦合等离子体源适于制备硬质类金刚石膜,并且在相对较低的基片负偏压条件就可以获得高硬度的类金刚石膜。基片负偏压对类金刚石膜化学气相沉积过程和薄膜性质都有显著影响。     

感应耦合等离子体源制备硬质类金刚石膜的研究

采用感应耦合等离子体源 (ICPS)成功地实现了化学气相沉积硬质类金刚石 (DLC)膜 ,并考察了基片负偏压对类金刚石膜沉积过程和薄膜性质的影响。薄膜的微观形貌、显微硬度、沉积速率以及结构成分分析表明感应耦合等离子体源适于制备硬质类金刚石膜 ,并且在相对较低的基片负偏压条件下就可以获得高硬度的类金刚石膜。基片负偏压对类金刚石膜化学气相沉积过程和薄膜性质都有显著影响。     

激光加载下准等熵压缩实验用铝/氟化锂复合双台阶靶的研制

本文提出了一种激光加载下准等熵压缩实验用铝/氟化锂复合双台阶靶的加工技术。采用金刚石车削在1.5 mm厚的氟化锂晶体表面加工两个10 μm高度的台阶,然后利用电子束蒸发在氟化锂台阶面镀厚度为几十μm的高致密纯铝膜,再通过金刚石车削工艺将镀铝面车削成平面,最后在氟化锂晶体另一面蒸镀剩余反射率低于1%的增透膜,最终获得高质量的铝/氟化锂复合双台阶靶。采用NT1100白光干涉仪、电子比重计、电子能谱、X射线衍射仪、扫描电镜等设备对靶参数进行测量,研究各工艺对靶参数的影响。     

微型X射线管金刚石光学窗口性能的模拟研究

以侧窗式微型X射线管为例,采用蒙特卡罗(Monte Carlo)方法,对金刚石光学窗口的最优厚度进行了模拟研究.以管压为50 kV、管电流为1.0 mA的X射线管工况为例的模拟结果表明:增加金刚石窗口厚度,可使银靶的Kα特征X射线有效透射比和峰总比不断提高;在最优厚度为2.0 mm的条件下,高能X射线有效透射比为154...     

用于微结构气体探测器的类金刚石碳阻性电极制备研究

通过磁控溅射法制备了用于微结构气体探测器（MPGD）的新型类金刚石碳（DLC）阻性电极,研究了靶电流、真空度、元素掺杂等因素对DLC阻性电极面电阻的影响规律,以及DLC阻性电极结合强度和内应力的优化方法。结果表明：随靶电流的增大,DLC阻性电极的面电阻降低;真空度越高,DLC阻性电极的面电阻越小,稳定性越好;氢元素和氮元素的掺杂使得DLC阻性电极的面电阻增大,且氢元素影响更加明显。本文方法为新构型微结构气体探测器的研发和性能提升奠定了技术基础。     

高质量类金刚石薄膜的制备与性能分析

采用直流/射频耦合磁控溅射法在Si(100)衬底上成功制备出类金刚石(DLC)薄膜。利用Raman光谱仪、X射线光电子能谱仪表征不同射频功率下所制备薄膜的化学结构,讨论射频功率对薄膜化学结构的影响。采用X射线小角反射法表征薄膜的质量密度,利用曲率弯曲法表征薄膜的残余内应力,采用扫描电镜和原子力显微镜表征所制备薄膜的表面形貌与粗糙度。研究表明:薄膜中sp3键的含量随着射频功率的增加而呈现出先增大后减小的趋势,且在射频功率为40 W时达到最大值45.6%。随着射频功率的增加,薄膜的表面粗糙度呈现出先减小后增大的趋势,当射频功率为40 W时薄膜的表面粗糙度最小,为1.6 nm。直流/射频耦合磁控溅射法在不同射频功率下制备出的薄膜,其内应力均低于1.0 GPa,薄膜质量密度的变化范围为2.26~2.44 g/cm~3,有望成功制备出内应力低、密度高的高质量DLC薄膜。     

CVD金刚石核探测材料与器件

金刚石膜因其优异的电学、光学等性能已成为优越的辐射探测器材料,但探测器性能强烈地依赖于薄膜质量.本工作利用热丝化学气相沉积(HFCVD)法获得了 (100)取向不同质量的金刚石薄膜,并制备了CVD金刚石辐射探测器.应用5.9 keV 55Fe X射线测试了探测器的光电流响应和脉冲高度分布.50 kV/cm外电场作用下晶粒为10 μm的CVD金刚石探测器的暗电流和光电流分别为16.3和16.8 nA.光电流随辐照时间延长而增大,尔后趋于稳定.脉冲高度峰与噪声明显分离.探测器具有较高的计数效率和信噪比.     

YAG晶体在软X射线荧光靶探测器中的应用

荧光靶探测器是同步辐射光源光束位置定位的重要设备之一,本文在96 500 eV软X射线内对CVD金刚石薄片和Ce:YAG晶体薄片进行光致发光亮度的测试,观察到Ce:YAG在该能量段的发光亮度比金刚石高,完成了上海光源软X射线荧光靶探测器靶材的实验研究与探测器的设计;同时给出了YAG晶体荧光靶探测器在线使用时观察到的相干光的衍射图像。     

利用粒子辐照技术实现碳纳米管向金刚石的转变

采用低能氢等离子体和中能C^ 离子束辐照技术相结合的方法,实现了碳纳米管向金刚石纳米晶粒的转变,完成了一个从有序(碳纳米管)到无序(无定形碳纳米线)再到有序(金刚石纳米晶)的转变过程。利用透射电子显微镜(TEM)、选区电子衍射(SAD)和拉曼光谱(Raman)等研究了晶粒的微观结构,并对纳米金刚石晶粒的生成机理进行了初步探讨。     

CVD金刚石膜X射线探测器的研制及性能研究

金刚石以其独特的性能成为辐射探测器的理想材料.采用HFCVD方法制备了高质量、(100)取向的CVD金刚石膜,在此基础上研制出X射线探测器.使用55Fe 5.9keV X射线研究了CVD金刚石膜探测器的光电流和电荷收集效率.结果表明,探测器在偏压加到100V还具有好的欧姆接触;电场为50kV·cm-1时的暗电流与光电流分别为16.3和16.8nA;电荷收集效率η为45.1%,对应的电荷收集距离δ(CCD)为9.0μm.     

高效X光背光源靶材料的研究进展

靶材料的成分、微结构和密度是决定激光驱动X光背光源光子能量和强度的关键参数。基于此,介绍了背光源靶的分类、靶材料的制备及其与强激光的作用机制。背光源靶有着由稠密靶向欠稠密靶发展的趋势,其中,泡沫疏松靶以其操作安全和可选成分广泛等优点成为高效欠稠密靶。泡沫疏松靶材料又包含纳米纤维和气凝胶：纳米纤维是由静电纺丝结合热处理工艺制备的,具有成型性好、发光原子含量高等特点;而气凝胶靶则通过溶胶-凝胶技术结合超临界流体干燥工艺制备,其微结构均匀、理论转换效率高,但目前合成条件复杂、发光原子含量较低。结合多种溶胶-凝胶技术合成密度低、发光原子含量高的块体气凝胶将成为背光源制靶重要的研究方向。     

低密度氢(氘)化锂微靶制备工艺

研究采用氢(氘)化锂粉末松装填充微靶柱腔,在氩气保护气氛中以10 ℃/h速度升温至430 ℃并保温,烧结30 min,制备直径0.6～1.0 mm、长1～2 mm的氢(氘)化锂微靶.不添加造孔剂的氢化锂和氘化锂微靶密度分别可达(0.283±0.009) g/cm3和(0.369±0.009) g/cm3.以氘化锂与造孔剂C型环二体混合粉末松装柱腔烧结制备的微靶试样密度达到(0.301±0.010) g/cm3.该造孔剂对氘化锂粉末烧结材料的物理品位、氘丰度、6Li丰度无明显影响.严格的氩气保护气氛是防止氢(氘)化锂微靶物理品位降低的有效手段.     

同位素靶的备制技术

本文系统地介绍了同位素靶的制备技术,主要内容包括核靶的制备手段(真空蒸发、聚焦重离子束溅射、滚轧、电镀、离心沉淀),同位素化合物还原工艺(还原蒸馏、电解还原)和核靶的贮存方法(干燥法、抽真空法、低温干燥法)。