106 / 2019-09-30 12:43:43

管内壁诱导电爆法制备柱状TiZrV薄膜的探讨

管内壁,电爆,薄膜,柱状

全体主题 > 薄膜新技术、新材料

高深径比的内管（孔）壁镀膜问题是当今表面工程领域亟待解决的重要问题之一，比如火炮管、枪管、汽车活塞缸等进行表面改性处理，其对传统的真空镀膜技术带来了巨大的挑战。尤其是用于真空系统管内壁功能薄膜的品质要求更加苛刻。比如，加速器存储环内部需要获得并维持超高真空的环境，以减少束流由于残余气体的存在产生的损失，延长电子流的寿命，并且在设备运行过程中，所产生的辐射光和高能粒子会轰击真空腔室内壁，造成管壁瞬间放气，由于结构的设计造成的流导较小，不能快速排出，所产生的气体会造成电子流的散射，会大大降低其寿命。为解决此问题，并避免由于真空系统温度的限制，在系统管道内壁制备TiZrV吸气薄膜是最佳的选择之一，吸气薄膜经过激活，受到辐射和粒子轰击后不会产生气体，并且还可作为微泵吸收残余气体，能从根本上有效解决面临的真空和轰击问题。为了满足使用条件，所制备的TiZrV吸气薄膜至少满足与管道内壁有较好的结合力以及多孔柱状结构。
本文针对真空管内壁吸气剂薄膜的特殊要求，设计了诱导电爆法镀膜系统。
系统研究了电极间距、TiZrV丝径和长度、电场电压、气氛介质、以及诱导挡板距离和孔间距等因素对柱状晶吸气薄膜的影响。在给定条件下，调整电压、改变丝径，改变电场间距和丝长都会使薄膜的粒径发生变化。采用扫描电子显微镜、X 射线光电子能谱和 X 射线衍射仪等对 TiZrV薄膜进行了相关的分析测试。此外，还对 TiZrV 薄膜的相关真空性能进行了研究。结果表明，电场电压为4KV、5KV和6kV时，电极间距范围为1.5～3cm, 2.0～5cm和3.4～9cm;所沉积的TiZrV薄膜具有柱状结构，柱状晶之间有明显界面（空隙小于50nm），平均粒径大小约为1微米，孔隙率为43.8%。诱导挡板与内壁之间的距离的改变可影响柱状晶柱的生长方向。
截取了部分TiZrV吸气剂薄膜，采用等压法对其进行了吸气能力测试，在180℃下烘烤24小时，通入6N的H2进行测试，测试时间为2个小时，吸气速率和吸气量分别为300ml*S-1*cm-1 和450Pa*ml*cm-1。吸气剂的吸气能力由激活温度和激活时间决定。温度越高（不得高于800℃），时间越长吸气能力越高，在使用过程中可选择高温度或者延长激活时间来提高吸气能力，或者TiZrV吸气剂薄膜再生。