[发明专利]一种微小平面零件的无切割自成型方法

说明书

一种微小平面零件的无切割自成型方法，它涉及一种用于激光惯性约束聚变实验研究用平面微小零(靶)件的无切割自成型制备方法。本发明目的是为了解决惯性约束聚变靶微小平面零件制造存在的二次精密加工技术难题。方法：一、利用预制图形的Si基片镀脱模剂，即得到镀脱模剂的模板；二、采用沉积法在镀脱模剂的模板上制备微小平面零件材料薄膜，得到沉积微小平面零件材料薄膜的模板；三、脱模：释放沉积微小平面零件材料薄膜的模板表面的微小平面零件薄膜，即得到微小平面零件。优点：规避平微小面尺寸二次加工技术难题；适用范围非常广；可批量生产，重复精度高；模板可重复使用，成本低。本发明主要用于加工微小平面零件。

技术领域

本发明属于惯性约束聚变研究领域，具体涉及一种用于激光惯性约束聚变实验研究用平面微小零(靶)件的无切割自成型制备方法。

背景技术

激光惯性约束聚变研究条件苛刻，通常在以皮秒分辨的纳秒时间尺度、以微米分辨的毫米空间尺度上开展实验，使得聚变研究物理实验总体靶的平面零件尺寸非常微小：其厚度方向尺寸薄至百纳米到几微米，平面方向尺寸小至百微米到几毫米。为了保证物理实验数据的准确性，对平面零件的材料纯度、尺寸精度、测量精度都有很高的要求，比如，厚度方向精度要求达到纳米量级，平面方向尺寸精度要求达到微米量级。这种平面零件具有材料范围广、平面形状多样的特征。包括中高Z金属材料，比如Mo、Ta、Au、U等，也包括一些低Z材料，比如CH、Be、高密度炭等；平面形状涉及到圆形、方形、圆环形甚至不规则的形状。

聚变研究靶微小平面零件传统的制造方法是薄膜制备完成后，再进行平面尺寸的二次精密加工成型。薄膜制备主要采用物理或化学气相沉积技术，二次加工主要有手工切割、电火花加工和激光加工等方法。手工切割精度、效率、重复性极差，不能满足零件精度和批量生产要求；电火花加工特征尺寸在0.2mm左右，加工更小的金属结构件极其困难，加工端面较粗糙；激光加工边缘易粘附熔渣，且成本昂贵。对于有毒有害、化学性质活泼的特殊材料(比如铀、钚等)，上述二次加工方法不仅需要花费高昂成本，建立专用的加工安全防护系统，保证工作人员、设备及环境的安全，同时需要解决加工热效应导致的活泼材料微纳零件结构热应力变形、迅速氧化甚至燃烧、切割面后期防氧化等技术难题。

发明内容

本发明目的是为了解决惯性约束聚变靶微小平面零件制造存在的二次精密加工技术难题，而发明的一种微小平面零件无切割自成型方法。

一种微小平面零件的无切割自成型方法，具体是按以下步骤完成的：

一、模板制备：在预制图形的Si基片上采用热蒸发镀膜技术制备厚度为90nm～110nm的CsI脱模剂，即得到镀脱模剂的模板，模板在真空或干燥环境下保存；所述预制图形的Si基片包括边缘突起部、图形突起部和凹槽，所述的图形突起部是根据微小平面零件的平面结构形状制备而成，所述凹槽的宽度为10μm～30μm，凹槽的深宽比不小于1，凹槽的陡直度90°±5°；

二、制备微小平面零件材料薄膜：采用沉积法在镀脱模剂的模板上镀制微小平面零件材料薄膜，得到包含微小平面零件材料薄膜的模板；

三、脱模：释放包含微小平面零件材料薄膜模板表面的微小平面零件薄膜，即得到微小平面零件。

与传统制备方法相比，本发明的优点在于：

一、把对微小平面零件平面尺寸的二次精密加工转换为对Si模板的加工；

二、规避了活性材料平面尺寸二次加工的加工热效应零件结构变形与氧化、切割面后期防氧化等技术难题；

三、规避了有毒有害材料平面尺寸二次加工的技术难题与安全防护问题；

四、适用范围非常广，适用于采用沉积法制备绝大部分材料的微小平面零件的平面尺寸加工成型。

五、可批量生产，重复精度高。

六、在制备相同微小平面零件时，模板可重复使用，成本低。