[发明专利]电子束蒸发技术制备微球碳化硼薄膜的方法与装置

说明书

技术领域

本发明属于真空蒸发技术制备薄膜领域，特别涉及一种电子束蒸发技术制备微球碳化硼薄膜的方法，以及使微球产生跳跃、翻滚的装置。

背景技术

在惯性约束聚变(简称ICF)实验研究中，制靶工作是关键部分之一。目前，靶的设计正朝着高增益、多壳层靶方向发展，因此许多靶型要求在微球(球径0.1毫米～1毫米)表面包覆壳层作为烧蚀层或推进层。为了抑制内爆过程中流体力学性能的不稳定性，对靶丸烧蚀层(微球薄膜)提出了很高的要求，如极好的球形度、光洁性、壁厚均匀性等。碳化硼(BC)不仅具有激光能量转换效率高的性质，而且BC薄膜靶对红外(IR)有较高的透过率，这有利于ICF研究中烧蚀阶段物理诊断及测试，由于这些优异特性，BC已成为制备现代ICF高增益燃料靶丸的重要材料。相对于平面衬底(也称为基片)来说，球形衬底的镀膜设备和工艺要复杂许多，目前，微球薄膜的制备方法主要有化学气相沉积法(CVD)和物理气相沉积法(PVD)，CVD法由于一般在高温下(1000℃～1600℃)进行沉积，因而限制了微球形衬底材料的选择范围且能耗较高。PVD法包括磁控溅射、离子束沉积等方法。PVD法中的磁控溅射由于有等离子体环境，会使衬底升温，还会引起溅射分子的分解，导致薄膜表面粗糙度较大和化学组分的改变；离子束沉积法虽然可在较低的衬底温度下进行沉积，但离子束沉积一般结合分子束悬浮来进行，由于可选真空范围较小，限制了分子束的气流速度，导致微球悬浮状态较差，所沉积薄膜均匀性、光洁性等较差，难以满足ICF靶丸烧蚀层的性能要求；此外，上述两方法所用设备与电子束蒸发设备相比投资高，制备工艺较为复杂，尤其是磁控溅射的工艺参数很难控制，要制备不同结构的碳化硼薄膜十分困难。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种电子束蒸发技术制备微球碳化硼薄膜的方法及与该方法配套使用的三维沉积装置，此种方法所制备的碳化硼微球薄膜表面光滑、膜层致密、均匀性好，且便于获得各种不同结构的微球碳化硼薄膜。

本发明所述微球碳化硼薄膜是在微球形衬底上沉积的碳化硼薄膜，微球形衬底的球径根据需要确定，但一般小于或等于1mm。

为了使用现有电子束蒸发设备实现微球形衬底的镀膜，设计制造了三维沉积装置。本发明所述三维沉积装置包括电机、触杆I、触杆II、活塞式压板、套筒、弹簧、支撑板和筛网反弹盘；支撑板的一端与筛网反弹盘连接，套筒固定在支撑板上，弹簧安装在套筒内，活塞式压板与套筒为动配合，活塞式压板的下端面与弹簧上端接触，活塞式压板的上端面与触杆II的一端连接，触杆II的自由端为斜面，触杆I至少为1根，安装在与电机外壳固连的连接件上，触杆I(2)的长度为：在电机(1)带动下转至对应于触杆II(3)的位置时与触杆II接触并触动触杆II运动。因此，在电机的带动下触杆I与触杆II的自由端间隙式接触，从而实现筛网反弹盘的振动。

本发明所述三维沉积装置，可通过改变触杆I的数量或/和改变电机转速来调整筛网反弹盘的振动频率。

上述三维沉积装置中，所述筛网反弹盘的底部开有网孔，网孔的孔径为微球形衬底球径的65％～75％。

本发明所述电子束蒸发技术制备微球碳化硼薄膜的方法，使用安装有上述三维沉积装置的电子束蒸发设备，所述三维沉积装置安装在电子束蒸发设备的真空室内；发明所述电子束蒸发技术制备碳化硼薄膜的方法包括以下步骤：

1)将碳化硼膜料放到电子束蒸发设备的坩埚中，将清洗、干燥后的微球形衬底放到三维沉积装置的筛网反弹盘里，使微球形衬底位于坩埚正上方20cm～30cm处；

2)在真空条件进行镀膜，镀膜真空度不低于5.0×10^-3Pa；衬底温度为室温(室内自然温度)～300℃；

3)调节电子束使其聚焦到膜料上的斑点最小(由操作者观察斑点大小即可确定)，调节三维沉积装置，使筛网反弹盘以0.125Hz～1Hz的频率作间歇式振动，镀膜时束流值控制在80mA～140mA，镀膜时间至少为5h。

上述方法中，所述微球形衬底类型较多，优选钢球或玻璃球。

上述方法中，微球形衬底的温度优选室温。

上述方法中，筛网反弹盘的振动频率优选0.2Hz～0.5Hz。

为了制备各种优质的微球碳化硼薄膜，碳化硼膜料可采用下述方法制备：