[发明专利]溅射内镀黑腔及其制备方法

说明书

本发明公开的是真空镀膜技术领域和激光惯性约束聚变靶制备技术领域的一种溅射内镀黑腔及其制备方法，所述内镀黑腔，包括套筒和设置在套筒内壁上的镀层，所述镀层采用溅射方式将金属沉积在套筒内壁上。用该方法制备的黑腔镀层，其壁厚均匀性可控、与套筒结合力好。与传统黑腔相比，本申请的方法不需要腐蚀去除芯轴，避免了腐蚀过程对黑腔的影响；套筒上预置微孔结构，避免了黑腔层加工微孔结构对黑腔的损伤；溅射内镀黑腔层与套筒之间结合紧密有利于套筒黑腔导热和温度场调控；套筒和黑腔一体改善了黑腔的力学性能，降低了装配难度；本发明的溅射内镀黑腔制备方法效率高、工艺稳定性好。

技术领域

本发明涉及真空镀膜技术领域和激光惯性约束聚变靶制备技术领域，具体涉及一种溅射内镀黑腔及其制备方法。

背景技术

在间接驱动激光惯性约束聚变研究中，激光注入高Z金属材料为主的黑腔，通过激光与黑腔靶壁材料相互作用，把激光能量转化为X光能量；然后在黑腔靶壁的约束下，形成高温、干净和均匀的热辐射场；最后利用X光辐射与装有燃料的球形靶丸相互作用，压缩聚变燃料产生内爆，实现可控核聚变。可见，黑腔作为间接驱动的能量转换单元起到了至关重要的作用。

长期以来，高Z金属材料为主的黑腔主要采用外镀方法制备，具体为：首先车削加工所需表面结构的金属Al或Cu芯轴；然后在芯轴外表面通过溅射与电镀的方法制备所需材料厚度(7～50μm)的黑腔涂层，并完成所需诊断孔等微结构的加工；最后通过去除芯轴材料获得所需的黑腔。传统的外镀黑腔制备方法过程复杂，并且对芯轴外表面加工精度、镀膜工艺和腐蚀工艺要求极高，特别是当黑腔材料中含有金属U时，受其化学活性限制芯轴腐蚀极为困难。即使成功腐蚀，形成的薄壁腔体在加工和装配过程中易发生变形、分层和破裂等问题，工艺控制困难、稳定性差。此外，在黑腔内部制备靶丸燃料冰层时，黑腔和导热套筒之间无法形成面接触，存在的缝隙等阻热介质会导致黑腔内温度场调控困难。

发明内容

为克服现有外镀黑腔存在的上述不足，本发明所要解决的技术问题是：提供一种溅射内镀黑腔及其制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种溅射内镀黑腔，包括套筒和设置在套筒内壁上的镀层，所述镀层采用溅射方式将金属沉积在套筒内壁上。

进一步的是，所述套筒的内部空腔为圆柱形、多节圆柱形、球柱形、椭球柱形或上述形状组合形成的腔形结构。

进一步的是，所述套筒内壁设有微孔结构。

进一步的是，所述套筒材质为Cu、Al或二者的合金材料，所述镀层的材料为Au、U、AuB、UN或以上材料的组合层或混合层。

一种溅射内镀黑腔的制备方法，包括以下步骤：

A、将套筒依次放入丙酮、乙醇和去离子水中进行超声清洗，随后用高纯氮气吹干；

B、对套筒上不需要镀层的部位进行掩膜，然后将套筒安放到样品台上，并使样品台中心到溅射靶中心距离为80～150mm，样品台旋转中心法线与溅射靶中心轴线呈30°～45°夹角；

C、对溅射真空室抽真空，然后通入氩气；

D、利用离子束对样品台上的套筒内壁进行刻蚀；

E、利用溅射靶在套筒内壁溅射，形成厚度为50～300nm的预镀层后停止溅射；

F、对套筒进行150℃～300℃的热处理，热处理时间为30～300min；

G、待套筒冷却至20℃～30℃时，再继续溅射，直到镀层达到所需厚度后停止镀膜；

H、将套筒上下翻转，位置不变，继续溅射至所需厚度后停止镀膜，完成整个内镀黑腔的制备。