聚酰亚胺材料在惯性约束聚变制靶中的应用

聚酰亚胺材料机械性能、热性能及耐辐照性能都很好，是惯性约束聚变制靶中比较重要的靶材料。在制靶中最主要的应用是制备空心微球，其次是薄膜和柱腔。综述了聚酰亚胺材料的主要性能，聚酰亚胺微球的制备历史、现状及当前的发展方向。探讨了国内聚酰亚胺微球研制的基本思路。另外简单回顾了聚酰亚胺薄膜和柱腔在惯性约束聚变制靶中的应用现状。     

快点火用氘代聚合物空心微球研究进展

氘代聚合物空心微球是惯性约束聚变快点火物理研究中亟需的一类靶丸。本文总结近年来国内外快点火物理实验中使用的氘代聚合物空心微球种类,介绍快点火物理实验对氘代聚合物空心微球质量的严苛要求和各类氘代聚合物空心微球的制备方法,重点阐述氘代聚合物空心微球质量的影响因素和研制进展,并指出氘代聚合物空心微球研制的发展方向。     

炉内成球法制备SiC空心陶瓷微球

采用干凝胶法,以聚碳硅烷（PCS）为原料,通过炉内成球技术制备了SiC空心陶瓷微球。并利用TG、IR、SEM、XRD等方法对陶瓷微球进行了成键结构、表面形貌等分析,讨论了有机聚合物的陶瓷化过程机理。结果表明,干凝胶成球技术能利用经纯化处理的聚碳硅烷在500~600 ℃下得到SiC空心陶瓷微球,采用乙醇作为发泡剂可使PCS凝胶粒子得到良好发泡效果,提高载气中氦气含量至50%~80%可提高干凝胶粒子在吸热阶段的升温速率,微球经辐照后在850 ℃下碳化生成以β-SiC为主要相结构的球壳,球壳具有较好的表面平整度。     

空心玻璃微球热扩散法充Ar

采用热扩散法研究高温高压充Ar技术。研究结果表明，当温度低于500℃时，玻璃微球球内基本检测不到Ar；在600℃高温条件下可实现微量Ar气的渗透；在外压1.0MPa、24h条件下，球内Ar最高含量为0.003MPa；延长充气时间和增加外压均不能使微球内Ar量增加；随着充气温度升高，微球表面粗糙度由原来的不到20nm增加到50～100nm，微球损失也增大；在600℃、1.0MPa条件下，玻璃微球开始出现形变或破裂，微球损失超过50％。     

表面侵蚀对玻璃微球气体渗透性能的影响

研究了液滴发制备的玻璃微球表面受侵蚀后对微球表面形貌、耐外压能力和气体渗透系数的影响.研究表明,玻璃微球表面受侵蚀后,表面出现斑点,最大斑点直径达到25μm.微球的杨氏模量由原来的54GPa下降到39GPa,平均耐外压强度下降约28%.微球在室温条件下对D2的平均气体渗透系数由原来的1.1×10-21mol·m-1·s-1·Pa-1增加到8.0×10-20mol·m-1·s-1·Pa-1,平均增加了约70倍,保气半寿命由147d降低到2d.文中分析了产生原因,主要是玻璃球壳中碱金属离子扩散和表面与水反应的结果.     

500～700μm直径双层空心微球制备技术研究

采用聚苯乙烯微球臭氧化改性技术和搅拌桨叶轮结构优化技术,提高聚苯乙烯（PS）与聚乙烯醇（PVA）之间的作用强度,优化体系容器内的流场运动环境,制备了500～700 μm直径的PS-PVA双层空心微球,并考察了液滴初始密度与溶剂密度匹配关系对最终PVA涂层均匀性的影响。结果表明,固化温度为37 ℃、溶剂-液滴初始密度差在0.010 g/cm³附近及固化温度为20 ℃、溶剂-液滴初始密度差在0.015～0.020 g/cm³附近能获得较好的PVA壁厚均匀性。     

炉内成球技术制备PS-PVA双层球

本工作研究采用炉内成球技术制备惯性约束聚变用靶丸聚苯乙烯-聚乙烯醇（PS-PVA）双层球。以乳液法制备PS微球，利用炉内成球技术在PS微球表面制备PVA层。研究表明，在PVA质量浓度为5％、炉内为空气、炉温473～523K条件下，可制备出PS-PVA双层球。双层球直径范围250～550μm，PVA层厚度范围1.0～2.4μm，PS-PVA双层球表面光洁度3～10nm，微球充氩气的最低温度350～360K，室温条件下对氘气的保气半寿命1～5h。     

内表面掺硫聚苯乙烯空心微球初步研制

以聚苯乙烯磺酸钠（PSS）为掺杂源,采用乳液微封装法制备内表面掺S的聚苯乙烯（PS）空心微球。XPS测量表明,微球内表面存在明显的S元素。利用低能X射线照相技术研究了不同掺杂源浓度下干燥时重力和表面张力对掺杂均匀性的影响,当掺杂源浓度降为0.2%时,得到了内表面掺杂S均匀的PS微球,微球直径为200～800μm,直径300μm的微球中掺杂层S原子面密度为8.57×10⁶μm^－2。     

聚丙烯酸相对分子质量对聚苯乙烯复合乳粒形变的影响

为了改善激光惯性约束聚变用厚壁聚合物空心微球球形度和壁厚均匀性,文中在外水相(W2)引入聚丙烯酸(PAA),对比了不同相对分子质量PAA(L-PAA,H-PAA)与传统界面改性剂聚乙烯醇(PVA)对复合乳粒形变的影响及作用机理。结果表明,PVA通过亲疏水基团可有效稳定直径900μm复合乳粒,但大幅度降低了油水界面张力,当乳粒直径增加,油相和内水相Laplace压力降低,变形增加,PVA对直径1900μm复合乳粒稳定性下降;与PVA体系相比,LPAA体系油水界面张力大,但黏度与PVA体系基本相同,导致乳粒形成时维持力大于剥离力,不利于乳粒形成,且LPAA分子链相对较短,空间位阻较小,复合乳粒易融合、合并;H-PAA分子链长,空间位阻较大,不仅对大小直径复合乳粒稳定效果明显,而且其油水界面张力大,有利于乳粒球形化,提高了高球形度PS微球的产率。     

双重乳液固化速率对PAMS微球球形度的影响

为实现对制备聚-α-甲基苯乙烯(PAMS)空心微球的乳液微封装过程中双重乳液固化速率的调控,实验测量了不同固化工艺条件下双重乳液中油相有机溶剂氟苯向外水相的扩散速率,研究了双重乳液固化速率对最终PAMS微球球形度的影响。结果表明,改变外水相中的氟苯浓度可以控制油相溶剂氟苯向外水相扩散的速率,从而改变双重乳液的固化速率。在双重乳液固化过程的关键阶段,通过降低氟苯扩散速率来延缓双重乳液的固化速率是提高最终PAMS微球球形度的有效途径。通过优化双重乳液的固化速率,单批次PAMS微球中球形偏离度值低于1 μm的微球比例从1.9%提高到30.4%。