[發明專利]電子束蒸發技術制備微球碳化硼薄膜的方法與裝置

無效

• 申請號: 200910060287.6
• 申請日: 2009-08-06
• 公開（公告）號: CN101619436A
• 公開（公告）日: 2010-01-06
• 發明（設計）人: 廖志君;范強;王自磊;劉成士;趙利利;盧鐵城
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: C23C14/06
• 分類號: C23C14/06;C23C14/30;C23C14/54
• 代理公司: 成都科海專利事務有限責任公司
• 代理人: 黃幼陵

技術領域

本發明屬于真空蒸發技術制備薄膜領域，特別涉及一種電子束蒸發技術制備微球碳化硼薄膜的方法，以及使微球產生跳躍、翻滾的裝置。

背景技術

在慣性約束聚變(簡稱ICF)實驗研究中，制靶工作是關鍵部分之一。目前，靶的設計正朝著高增益、多殼層靶方向發展，因此許多靶型要求在微球(球徑0.1毫米～1毫米)表面包覆殼層作為燒蝕層或推進層。為了抑制內爆過程中流體力學性能的不穩定性，對靶丸燒蝕層(微球薄膜)提出了很高的要求，如極好的球形度、光潔性、壁厚均勻性等。碳化硼(BC)不僅具有激光能量轉換效率高的性質，而且BC薄膜靶對紅外(IR)有較高的透過率，這有利于ICF研究中燒蝕階段物理診斷及測試，由于這些優異特性，BC已成為制備現代ICF高增益燃料靶丸的重要材料。相對于平面襯底(也稱為基片)來說，球形襯底的鍍膜設備和工藝要復雜許多，目前，微球薄膜的制備方法主要有化學氣相沉積法(CVD)和物理氣相沉積法(PVD)，CVD法由于一般在高溫下(1000℃～1600℃)進行沉積，因而限制了微球形襯底材料的選擇范圍且能耗較高。PVD法包括磁控濺射、離子束沉積等方法。PVD法中的磁控濺射由于有等離子體環境，會使襯底升溫，還會引起濺射分子的分解，導致薄膜表面粗糙度較大和化學組分的改變；離子束沉積法雖然可在較低的襯底溫度下進行沉積，但離子束沉積一般結合分子束懸浮來進行，由于可選真空范圍較小，限制了分子束的氣流速度，導致微球懸浮狀態較差，所沉積薄膜均勻性、光潔性等較差，難以滿足ICF靶丸燒蝕層的性能要求；此外，上述兩方法所用設備與電子束蒸發設備相比投資高，制備工藝較為復雜，尤其是磁控濺射的工藝參數很難控制，要制備不同結構的碳化硼薄膜十分困難。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種電子束蒸發技術制備微球碳化硼薄膜的方法及與該方法配套使用的三維沉積裝置，此種方法所制備的碳化硼微球薄膜表面光滑、膜層致密、均勻性好，且便于獲得各種不同結構的微球碳化硼薄膜。

本發明所述微球碳化硼薄膜是在微球形襯底上沉積的碳化硼薄膜，微球形襯底的球徑根據需要確定，但一般小于或等于1mm。

為了使用現有電子束蒸發設備實現微球形襯底的鍍膜，設計制造了三維沉積裝置。本發明所述三維沉積裝置包括電機、觸桿I、觸桿II、活塞式壓板、套筒、彈簧、支撐板和篩網反彈盤；支撐板的一端與篩網反彈盤連接，套筒固定在支撐板上，彈簧安裝在套筒內，活塞式壓板與套筒為動配合，活塞式壓板的下端面與彈簧上端接觸，活塞式壓板的上端面與觸桿II的一端連接，觸桿II的自由端為斜面，觸桿I至少為1根，安裝在與電機外殼固連的連接件上，觸桿I(2)的長度為：在電機(1)帶動下轉至對應于觸桿II(3)的位置時與觸桿II接觸并觸動觸桿II運動。因此，在電機的帶動下觸桿I與觸桿II的自由端間隙式接觸，從而實現篩網反彈盤的振動。

本發明所述三維沉積裝置，可通過改變觸桿I的數量或/和改變電機轉速來調整篩網反彈盤的振動頻率。

上述三維沉積裝置中，所述篩網反彈盤的底部開有網孔，網孔的孔徑為微球形襯底球徑的65％～75％。

本發明所述電子束蒸發技術制備微球碳化硼薄膜的方法，使用安裝有上述三維沉積裝置的電子束蒸發設備，所述三維沉積裝置安裝在電子束蒸發設備的真空室內；發明所述電子束蒸發技術制備碳化硼薄膜的方法包括以下步驟：

1)將碳化硼膜料放到電子束蒸發設備的坩堝中，將清洗、干燥后的微球形襯底放到三維沉積裝置的篩網反彈盤里，使微球形襯底位于坩堝正上方20cm～30cm處；

2)在真空條件進行鍍膜，鍍膜真空度不低于5.0×10^-3Pa；襯底溫度為室溫(室內自然溫度)～300℃；

3)調節電子束使其聚焦到膜料上的斑點最小(由操作者觀察斑點大小即可確定)，調節三維沉積裝置，使篩網反彈盤以0.125Hz～1Hz的頻率作間歇式振動，鍍膜時束流值控制在80mA～140mA，鍍膜時間至少為5h。

上述方法中，所述微球形襯底類型較多，優選鋼球或玻璃球。

上述方法中，微球形襯底的溫度優選室溫。

上述方法中，篩網反彈盤的振動頻率優選0.2Hz～0.5Hz。

為了制備各種優質的微球碳化硼薄膜，碳化硼膜料可采用下述方法制備：