空心微球表面金屬涂層的制備、表征和性能研究.pdf

1、空心微球是慣性約束聚變(ICF)研究中重要的燃料容器，其中空心微球表面的金屬涂層是微球靶殼層不可缺少的組成部分，具有提高微球的保氣性能、耐沖擊性能、壓縮效率、和降低內(nèi)爆過程的瑞利-泰勒(RT)不穩(wěn)定性等功能，故ICF對(duì)微球上的金屬涂層的厚度均勻性、表面粗糙度和涂層的結(jié)構(gòu)致密性等性能存在一定的要求，而目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于微球上金屬涂層的研究還較少，關(guān)于微球上涂層的生長(zhǎng)方式與形貌的演變?cè)蛉狈ο到y(tǒng)的分析，涂層質(zhì)量有待提高，又微球上涂層的生長(zhǎng)與平面

2、上存在較大的差異，且涂層的質(zhì)量在根本上取決于制備條件，針對(duì)這一現(xiàn)狀開展微球上金屬涂層的研究。
　　高品質(zhì)微球涂層是研究的最終目標(biāo)，為了達(dá)成此目標(biāo)，本文首先開展工藝參數(shù)與涂層生長(zhǎng)的變化規(guī)律探究，在此基礎(chǔ)上展開激勵(lì)微球運(yùn)功的研究，分析了影響涂層質(zhì)量的關(guān)鍵因素與影響規(guī)律，并總結(jié)出控制涂層最佳質(zhì)量的方法，最后為了提高微球上金屬涂層的綜合性能，展開了微球上多層涂層的探索，率先進(jìn)行鋁鎢多層涂層的相關(guān)實(shí)驗(yàn)。研究結(jié)果如下:
　　(1)通過改

3、變真空室內(nèi)的氬氣流量，探索工作氣壓變化與涂層質(zhì)量的對(duì)應(yīng)關(guān)系，研究發(fā)現(xiàn)隨工作氣壓增大，鋁涂層的沉積速率變小，表面粗糙度呈現(xiàn)先減小后增大的變化趨勢(shì)，最佳涂層質(zhì)量對(duì)應(yīng)的工作氣壓為0.2Pa～0.4Pa。隨后探究了靶間距對(duì)涂層質(zhì)量的影響規(guī)律，研究發(fā)現(xiàn)靶間距增大時(shí)，鋁涂層的沉積速率下降，壁厚均勻性增大，靶間距設(shè)置為10cm最合理(2)重點(diǎn)分析了微球上與平面上涂層生長(zhǎng)的差異，對(duì)微球運(yùn)動(dòng)模型進(jìn)行假設(shè)，開展微球激勵(lì)方式的探究，結(jié)合濺射原子的擴(kuò)散勢(shì)壘、陰

4、影效應(yīng)與濺射角度變化星系分析涂層的生長(zhǎng)過程與最終形貌。研究發(fā)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)托盤的摩擦作用可使微球維持一段時(shí)間的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，微球得這種運(yùn)動(dòng)模式導(dǎo)致微球上濺射的純鋁涂層的表面粗糙度較小，但樣品涂層的壁厚離散性較大，當(dāng)轉(zhuǎn)速為45r/min時(shí)，微球上鋁涂層的質(zhì)量相對(duì)最好。隨后增加的螺旋敲擊錘基本使微球?qū)崿F(xiàn)了持續(xù)性的運(yùn)動(dòng)，微球上金屬涂層的壁厚均勻性顯著增強(qiáng)，涂層的結(jié)構(gòu)呈致密的柱狀晶生長(zhǎng)，生長(zhǎng)模式從最初的層狀生長(zhǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)閷訝钆c島狀相混合的生長(zhǎng)模式，但涂層的表面

5、粗糙度稍有增大，控制最佳敲擊力度后，改變敲擊間隔，發(fā)現(xiàn)當(dāng)敲擊間隔為15s時(shí)，微球上鋁涂層的綜合質(zhì)量最好，壁厚均勻性為93.5％，表面粗糙度低至30.43nm，擇優(yōu)衍射晶面(111)晶面對(duì)應(yīng)的殘余應(yīng)力值最小，此樣品鋁達(dá)到了ICF實(shí)驗(yàn)用的較高水平(3)在微球上開展多層涂層的探索，研究發(fā)現(xiàn)多層涂層的整體微結(jié)構(gòu)與內(nèi)部殘余應(yīng)力主要受底層涂層的影響。本文實(shí)驗(yàn)中結(jié)構(gòu)致密、球形顆粒的鋁涂層作為底層涂層，為上層鎢涂層的生長(zhǎng)提供了良好的模板作用，不僅改變了