TiZrV吸气剂薄膜吸气性能的研究

TiZrV合金在180℃下加热24 h即可激活,是迄今发现的激活温度最低的非蒸散型吸气剂,已在粒子加速器领域得到应用。采用直流磁控溅射法在不锈钢管道内壁获得了TiZrV薄膜,并研究了薄膜对CO和H2的吸气性能。在200℃下加热24 h后TiZrV对CO和H2的抽速分别为0.23和0.02 L.s-1.cm-2,吸气容量分别为6.8×10-5和6.6×10-2Pa.L.cm-2,且随着激活温度和时间的增加,吸气性能会有所提高。

Ni/Zr-Co-Re堆栈层薄膜吸气剂的吸气性能及Ni作用机理研究

采用磁控溅射的方法制备了带有Ni保护层和Zr-Co-Re(Re代表稀土元素)主体层的堆栈层薄膜吸气剂。通过X射线光电子能谱仪(XPS)分析了薄膜吸气剂内部O元素的含量分布,研究了薄膜吸气剂中Ni层的防氧化作用和机理。研究表明:(1)Ni/Zr-CoRe堆栈层薄膜吸气剂在160℃保温3h的条件下可以有效激活,并具有高于Zr-Co-Ni单层薄膜吸气剂的吸气性能;(2)Ni保护层降低了吸气剂的被氧化程度,促进了表面吸附的H2分子的解离和扩散。

ZrCoRE薄膜的结构调控与吸气性能研究

运用扫描电镜、扫描原子探针、X射线衍射仪和动态法分析了高硼硅玻璃表面改性对ZrCoRE薄膜结构和吸气性能的影响。结果表明,ZrCoRE薄膜的纳米组织受衬底表面的影响较大,其表面粗糙度和结构无序度随衬底粗糙度增加而增大;经300℃激活30 min后,Ⅰ-型薄膜(Ra=5 nm)吸气性能随时间下降较快,Ⅱ-型(Ra=7 nm)、Ⅲ-型(Ra=59nm)及Ⅳ-型薄膜(Ra=125 nm)的吸气速率依次增大并具有平稳的吸气平台,Ⅳ-型薄膜吸气性能最好。

ZrCoRE吸气薄膜的膜层结构与性能研究

为了研究膜层结构对非蒸散型吸气薄膜性能的影响,运用射频磁控溅射法(RF magnetron sputtering)制备了ZrCoRE单层膜和双层膜,其中单层膜只含主体层,双层膜含有主体层和附着层。采用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、X射线衍射法(XRD)表征了薄膜的形貌和结构,利用ASTM F798-97"动态法"测试了薄膜的吸气性能。结果表明,ZrCoRE薄膜的主体层在较高沉积压强(4 Pa)下受到原子阴影效应与沉积原子低迁移率的作用而形成柱状组织,附着层在较低沉积压强下(0.2 Pa)由于沉积原子迁移率高而形成致密组织,附着层的存在使主体层柱状组织实现连续生长;主体层表面为20 nm的颗粒无序堆积态,形成了大量的表/界面缺陷;通过高频感应在300℃下激活30 min,在2.7×10-4Pa的H2压强下,薄膜的室温吸气速率在1～100 cm3·s-·1cm-2范围内变化;双层膜吸气速率是单层膜的10倍,3 h的吸气量达80 Pa·cm3·cm-2;吸气薄膜的大活性比表面积和高扩散速率,使其单位质量吸气量达104Pa·cm3·g-1量级以上,高于块体吸气剂的103Pa·cm3·g-1量级,附着层的存在提高了主体层的吸气性能。