磁控溅射制备金属铀膜

研究了通过磁控溅射方法制备高纯金属铀膜的可行性。采用X射线衍射(XRD)、俄歇电子能谱(AES)、扫描电镜(SEM)、表面轮廓仪分析了沉积在单晶硅或金基材上铀薄膜的微观结构、成分、界面结构及厚度、表面形貌和表面粗糙度。分析结果表明:磁控溅射制备的铀薄膜为纯金属态,氧含量和其它杂质含量均低于俄歇电子能谱仪的探测下限;溅射沉积的铀镀层与铝镀层之间存在界面作用,两者相互扩散并形成合金相,扩散层厚度约为10nm。铀薄膜厚度可达微米级,表面光洁,均方根(RMS)粗糙度优于15nm。

金属铀膜的制备及应用现状

介绍了国内外目前主要采用的制备金属铀膜的技术及各制备技术的应用现状,包括机械研磨、轧制、高真空蒸发沉积,脉冲激光气相沉积和溅射沉积,重点介绍了各种制备铀膜技术的工艺条件和制备出铀膜的厚度、表面质量、成分、晶粒结构以及其表征方法。以及薄膜沉积过程中生长速率和厚度监控的常用方法。

磁控溅射制备纳米厚度连续金膜

研究了磁控溅射工艺参数对Au膜生长速率、表面粗糙度和微观结构的影响。结果表明:当溅射功率低于200W时,溅射功率对薄膜表面粗糙度、微观结构的影响不明显。标定了溅射功率为20W条件下的Au膜生长速率,观察了Au的生长过程,在Si基底沉积的Au为岛状(Volver-Weber)生长模式,Au膜厚度为8nm时,薄膜开始连续。晶粒尺寸与薄膜厚度的关系研究结果表明:在生长初期,晶粒尺寸随厚度线性增大;随后,晶粒尺寸增速变缓,直至停滞;趋于70nm时,新晶粒形成取代晶粒长大。

工作气压对直流磁控溅射Mo薄膜的影响

利用直流磁控溅射技术在单晶Si(110)基底上制备Mo薄膜,分析了工作气压对沉积速率、表面质量及微观结构的影响。结果表明:薄膜的沉积速率随压强的增大而增加;低气压下沉积的Mo薄膜表面质量较好且结构致密,高气压下沉积的Mo薄膜表面质量较差且结构疏松;在工作气压为0.8 Pa时,制备的Mo薄膜晶粒尺寸与微观应力值最小。

状态方程靶用钼薄膜精密轧制工艺研究

材料的高压状态方程实验是惯性约束聚变研究的重要内容,冲击绝热线测量是确定材料高压状态方程和其它动高压性质的基础。本工作主要研究了钼薄膜标准材料的精密轧制工艺,制定了合理的轧制工作曲线,并进行了验证。对轧制出的钼薄膜样品进行了必要的分析测试和表征,结果表明:轧制出的钼薄膜的厚度一致性可达到99%,表面粗糙度Rq小于50 nm,峰谷极差小于200 nm,能够满足目前状态方程实验的需求。

状态方程实验用铜多台阶靶制备工艺

采用单点金刚石切削技术,通过合理的刀具设计、夹具设计及工艺过程设计,确定了加工工艺参数,完成了厚度几μm至几十μm的无氧铜多台阶靶的制备。通过触针式轮廓仪,台阶仪,白光干涉仪对表面轮廓及粗糙度进行了测量。结果表明:通过单点金刚石切削技术加工成形的铜多台阶靶,各台阶表面均方根粗糙度小于50 nm,工件表面轮廓平直,台阶垂直度较好。采用阿基米德原理对材料密度进行测量,加工成形后密度为(8.945±0.074)g/cm3,接近材料理论密度。

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。

金属钨箔膜的制备研究进展

具有体密度的高表面质量金属钨薄膜对材料高压状态方程研究具有十分重要的意义。综述了钨箔膜制备的几种方法,包括化学气相沉积、物理气相沉积、机械轧制、机械研磨抛光、化学抛光和电解抛光。综合比较后认为,采用电解抛光法可以基本满足状态方程靶用钨箔膜的需要。电解抛光可以制备表面质量比较高,厚度最小可达几微米的金属箔材,密度与原料相同,而且不会产生内应力、表面硬化、表面沾污问题,是制备低表面粗糙度、具有块材组织结构和密度材料的一种重要手段。

退火温度对Mo薄膜微观结构及形貌的影响

采用直流磁控溅射技术,制备了厚度为3.8μm的Mo薄膜,并对其在不同温度下进行了退火处理。采用白光干涉仪和SEM对Mo薄膜进行了表征,讨论了不同温度对薄膜表面形貌的影响;利用XRD对Mo薄膜的结构进行了分析。结果表明:随着退火温度由450℃升高到1 050℃,晶粒平均尺寸逐渐增大,微曲应力呈减小趋势;在温度高于900℃时,薄膜发生再结晶,同时表面有微裂缝及大量气孔出现;薄膜的表面粗糙度随退火温度的升高有逐步增大的趋势。

冲击波实验用铝楔形靶加工技术

采用单点金刚石车削技术制备加工铝楔形靶,发现金刚石车削加工楔形靶实际轮廓为圆锥面。通过Veeco NT1100白光干涉仪对表面轮廓及粗糙度进行了测量,结果表明平面部分表面粗糙度小于50nm,最大峰谷值小于100nm,斜面部分表面粗糙度小于200nm。分析认为斜面部分粗糙度测量数值较大是由刀具工作角度变化导致的,而测量轮廓线非圆锥体母线又导致粗糙度测量结果大于实际值。

Cu空心微球的精密连接技术

以Cu作为代用材料,通过分解实验方法,研究了扩散连接各工艺条件对靶丸参数的影响关系,获得适宜的工艺参数(温度小于600℃,压强小于6 MPa,时间60 min)。据此,实际连接Cu半球并制备出Cu空心微球。采用白光干涉仪、扫描电子显微镜、微米X射线断层扫描机等仪器对样品进行测试,结果显示连接界面无明显缺陷,内表面粗糙度小于50 nm,内球面直径差值小于20μm,连接强度满足机械加工要求。

沉积态铀薄膜表面氧化的X射线光电子能谱

含铀(U)薄膜在激光惯性约束聚变的实验研究中有重要的用途.研究其在不同气氛下的氧化性能可以为微靶制备、储存及物理实验提供关键的实验数据.通过超高真空磁控溅射技术制备了纯U薄膜及金-铀(Au-U)复合平面膜,将其在大气、高纯氩(Ar)气及超高真空度环境中暴露一段时间后,利用X射线光电子能谱仪结合Ar^+束深度剖析技术考察U层中氧(O)元素分布及价态,分析氧化产物及机理.结果显示,初始状态的U薄膜中未检测到O的存在.Au-U复合薄膜中的微观缺陷减弱了Au防护层的屏蔽效果,使其在3周左右时间内严重氧化,产物为U表面致密的氧化膜及缺陷周围的点状腐蚀物,主要成分均为二氧化铀(UO_2).在高纯Ar气中纯U薄膜仅暴露6 h后表面即被严重氧化,生成厚度不均匀的UO_2.在超高真空度环境下保存12 h后,纯U薄膜表面也发生明显氧化,生成厚度不足1 nm的UO_2.Ar^+束对铀氧化物的刻蚀会因择优溅射效应而使UO_2被还原成非化学计量的UO_(2-x),但这种效应受O含量的影响.

点火黑腔用铝铜复合芯轴的制备及性能

选取纯度较高的1100铝棒作为加工模芯的原材料,利用金刚石车床精加工出表面粗糙度均方根值小于20nm的铝模芯,采用磁控溅射的方法在铝模芯上制备厚度大于5μm的铜防护层,得到铝铜复合芯轴。对制备的铜防护层的表面微观结构、结晶性能、厚度一致性进行了分析测试,结果表明磁控溅射法制备的铜防护层沿(111)面择优生长,表面粗糙度均方根值小于30nm,厚度一致性优于95%,圆柱度小于1μm。镀层与基底结合力强,可满足大厚度黑腔涂层的制备需求。

DU/Au复合平面膜大气寿命研究

黑腔材料的大气寿命是点火黑腔的重要指标之一，寿命实验是黑腔研制中的必要环节。本文通过X射线光电子能谱方法分析了DU/Au平面膜储存于大气环境中O含量及其分布随时间的变化规律，利用X射线衍射仪测试了相同情况下薄膜的结晶状态。实验证明，这种平面膜大气寿命（O原子百分数低于5％）在18-21 d之间，此期间内薄膜晶体结构无明显变化，未检测到氧化物结晶信号。

铝在氢氧化钠溶液中的腐蚀动力学行为

在高效率转化腔的制备过程中,使用氢氧化钠溶液去除铝芯轴是最关键的步骤之一。为掌握铝在氢氧化钠溶液的腐蚀行为,采用失重法,研究铝在30℃条件下,1～5mol/L的氢氧化钠溶液中的动力学行为;以及在3mol/L的氢氧化钠溶液中,30～50℃条件下的氢氧化钠溶液中的动力学行为。对数据进行拟合和经验公式处理,求出各动力学参数(反应级数,速率常数,表观活化能、指前因子),并通过X射线衍射仪对其产物进行分析。

基于单一气源的PECVD方法制备SiC薄膜及其微观结构研究

为制备出满足惯性约束聚变(ICF)实验要求的SiC薄膜,本文采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)法,以四甲基硅(TMS)作为唯一反应气源,在不同工作压强下制备SiC薄膜。利用扫描电子显微镜、表面轮廓仪、原子力显微镜、精密电子天平、X射线光电子能谱、傅里叶变换红外光谱对薄膜进行表征与分析。结果表明:SiC薄膜的成分与工作压强密切相关,随着工作压强的增加,薄膜中Si含量整体呈下降趋势;随着工作压强的增加,薄膜沉积速率先增大后减少,密度先减小后增大;与其他制备工艺相比,采用单一气源制备SiC薄膜,其表面粗糙度极低(1.25~1.85 nm),薄膜粗糙度随工作压强的增加呈先增大后减小的趋势。

温度对激光场引起的纳米管声子增益影响

讨论了强激光场下单壁纳米管的声子增益效应.采用含时微扰方法计算了不同温度下声子占据数随时间的变化率(声子增益系数).计算结果表明,在强激光场下纳米管中的声子占据数随时间非线性增加,增益系数与温度和激光场强都有关系.随着温度升高,声子增益系数迅速减小;在确定的温度情况下,激光场强越强,声子增益效应越明显,并对这个现象给出了合理的物理解释.

磁控溅射沉积铝/贫铀与金/贫铀镀层的界面研究

采用磁控溅射技术沉积制铝/贫铀/铝(Al/DU/Al)、金/贫铀/金(Au/DU/Au)"三明治"薄膜样品.利用高分辨扫描电镜、X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪、扫描俄歇微探针对Al/DU/Al,Au/DU/Au样品的Al/DU,Au/DU界面行为进行表征与研究.结果表明:沉积态DU层以柱状晶生长;Al/DU界面扩散明显,物理扩散过程中伴随着Al,DU化学反应形成Al2U,Al3U金属化合物;金属化合物的形成导致界面处Al2p电子结合能向高能端移动,U4f电子向低能端移动;微量O在Al/DU界面处以Al2O3及铀氧化物形式存在;DU镀层中以铀氧化形式存在;沉积态的Au/DU界面扩散为简单的物理扩散,团簇效应导致Au/DU界面处Al2p,U4f电子结合能均向高能端移动;在Au/DU界面及DU镀层中,微量O以铀氧化物形式存在;Al/DU界面扩散强于Au/DU;相同厚度的Al,Au保护镀层,Al镀层保护效果优于Au镀层.

纳米厚度贫铀/Au多层膜的制备及特性研究

理论和实验研究表明,纳米厚度周期调制的贫铀(DU)/Au多层膜材料具有高效的激光X射线转换效率.采用交替磁控溅射制备纳米厚度的DU/Au平面多层周期结构,通过白光干涉仪、扫描电子显微镜、X射线光电子能谱对DU/Au多层膜的几何参数、表面形貌、成分以及界面形貌进行表征.实验结果表明:8 nm为Au连续成膜的厚度阈值,结合理论计算最优化原子配比,选取DU层厚度为30 nm、Au层厚度为8 nm的调制周期结构;实测周期厚度为37 nm;扫描电子显微镜照片显示DU/Au分层明显;X射线光电子能谱深度刻蚀分析表明DU/Au界面处存在扩散,DU,Au,O三者原子比为73:26:1;由于团簇效应,Au原子4f电子结合能向高能端移动,没有观察到DU相应的电子结合能移动现象.

纳米铝涂层制备及其对沉积态铀薄膜的防护性能研究

为探索沉积态贫铀(DU)薄膜更有效的防护层新材料与更薄的防护层制备技术,开展了纳米Al涂层的磁控溅射制备技术研究,制备了Al与DU单层、Al/DU/Al三层薄膜样品,并开展了纳米Al防护层Al/DU/Al样品大气环境下72 h的防氧化性能研究。利用扫描电镜(SEM)观察样品表面形貌,X射线光电子能谱仪(XPS)测量样品元素组成与价态变化,X射线衍射(XRD)测量样品物相组成与变化。结果表明:厚度大于10 nm即可生成连续的Al涂层,Al涂层晶粒随着厚度增加呈现长大的趋势;30 nm厚Al防护涂层有效阻止了DU薄膜大气环境的氧化:72 h内,DU层O含量没有发现明显的变化。