多辊轧机冷轧技术在靶材料制备中的应用

 叙述了多辊轧机轧制金属薄膜原理，以Ti膜制备为例，借助多辊轧机冷轧技术进行1.5 μm厚钛薄带的制备工艺研究。对薄膜的特性测试结果表明：工作辊的表面粗糙度对于轧制薄膜的表面粗糙度的影响很大，降低工作辊表面的粗糙度可以得到粗糙度为25.2 nm的金属薄膜。     

退火工艺对ICF靶用冷轧镍膜的影响

 为了满足惯性约束聚变（ICF）和状态方程（EOS）实验以及靶装配工艺的需要，在薄膜轧制过程中间以及轧制工艺完成以后需要对镍膜进行热处理来改善其组织结构和力学性能。对多辊轧机冷轧的方法制备的厚11 mm镍膜中间退火工艺进行了研究，根据确定的合适的退火工艺退火后继续轧制得到成品镍膜厚7 mm，表面粗糙度小于50 nm，基本满足目前状态方程实验对箔膜的要求。金相显微照片表明镍膜晶粒经500 ℃保温1 h退火由轧制前的条带状变为等轴晶；镍膜硬度经500 ℃退火后由4 GPa降低到了2.3 GPa左右；XRD衍射测试表明镍膜经500 ℃以上温度退火后，高角度的衍射峰开始出现，织构得到一定程度的改善。由此可以确定镍膜合适的中间退火温度为520 ℃保温1 h。     

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.     

聚合物泡沫结构及密度分布的相衬CT表征技术

阐述了利用X射线相衬成像技术研究高分子有机泡沫材料微观结构的原理及方法,理论分析及实验结果表明,X射线相衬成像方法可以在相当大的程度上提高低Z聚合物泡沫材料的成像衬度。将相衬成像技术与计算机层析成像技术相结合,获得了泡沫样品的3维骨架结构分布,同时,提出利用统计切片骨架"粒子"质心分布的方法来表征其密度分布均匀性。结果说明,该方法能够在微观层次上实现对泡沫样品3维密度分布的完备表征。     

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Al 2p电子结合能向高能端移动, U 4f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Al 2p, U 4f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. 关键词： Al/DU界面 Au/DU界面 磁控溅射 界面扩散     

切削用量对铝靶表面质量的影响

 采用单点金刚石切削技术，完成了对ICF实验用铝靶的切削加工，重点研究了切削用量对加工表面质量的影响。实验结果表明：采用较小的进给速度，较大的主轴转速能够获得较低的表面粗糙度，切削深度对表面质量影响较小。通过Form Talysurf 表面轮廓仪测量，结果表明表面粗糙度小于50 nm。     

机械研磨法制备晶体密度钼膜技术研究

 具有晶体理论密度的高质量金属薄膜对于材料的高温高压状态方程研究十分重要。通过机械研磨抛光技术制备出厚度大于20 μm，均方根粗糙度小于100 nm，厚度一致性好于99％的钼膜。研究了工艺条件对薄膜表面形貌、厚度一致性与表面粗糙度等的影响。机械研磨抛光时，采用较小粒径的磨料和材质较软的研具，可以获得较高的表面质量。在研磨过程中，工件的边缘受到的磨料切削作用最强，采用工件在工装表面均匀分布的形式，薄膜的厚度一致性有较大改善。探讨了目前制备极薄的薄膜工艺存在的问题及可能的解决办法。     

用于测量ICF靶丸内氚活度的电离室的设计

设计了一种可测量ICF靶内氚含量的圆柱电离室。密封部件的设计抛弃了传统的橡胶密封而采用全金属密封, 以消除橡胶、 塑料对氚的强吸附性产生的电离室污染。为防止氚扩散污染电离室的内壁, 内壁镀上一层2 μm的Au膜。在中心电极和外电极间引入保护电极以降低低水平放射性测量时的电极漏电流。保护电极和中心电极间的绝缘材料, 以及保护电极和外电极间的绝缘材料分别选择绝缘性好、 耐高温的蓝宝石和Al2O3陶瓷。另外, 基于对ICF靶参数测量的特殊要求, 在电离室中设计了一个压碎靶丸释放氚的装置。最后, 通过物理建模和复合损失计算, 得到了优化的电离室参数。A cylindrical ionization chamber was designed for the measurement of the tritium at the level enclosed in inertial confinement fusion(ICF) targets. In stead of the conventional rubber seals, the metallic seals was adopted to reduce the chamber contamination caused by the strong tritium absorption of rubber and plastics. A 2 μm thick Au layer was plated on the inner wall of the chamber to avoid the contamination due to tritium diffusion in the chamber. The protective electrode was introduced to reduce the leakage current when measuring the low level radioactivity. Sapphire was employed as an insulator between the protective electrode and central electrode, while Al2O3 ceramic was used in between the protective electrode and the external electrode. In addition, to meet the specific requirements on the measurement of ICF targets’ parameters, a component used to crash the target to release tritium was designed in the chamber. Finally, the optimal chamber parameters were obtained in terms of physics modeling and combination loss computation.     

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。     

U薄膜和U-A1微靶制备

近年来，随着激光器功率的大幅度提高和性能完善，应用领域逐步扩大。U薄膜和U—A1微靶的制备是其应用需求之一。对于U薄膜的制备，考虑U是易氧化的材料，为克服PVD技术沉积U薄膜所带来的密度低、易氧化等不足，实验在现有设备的基础上采用机械抛光技术制备了U薄膜以及组装制备U—A1靶，并采用专用表面轮廓仪等对该类薄膜的参数、构型等进行表征。