[发明专利]一种金属钨表面纳米化的装置及其方法

权利要求书

1.一种金属钨表面纳米化的装置，包括真空室(1)、放置在真空室(1)内的样品台(2)以及放置在样品台(2)上的空心阴极装置和金属钨片(8)，所述真空室(1)外接真空系统(3)、进气系统(4)和流量计(5)，其特征在于：所述空心阴极装置为设置有小孔的钨筒(6)，所述钨筒(6)上覆盖有待纳米化的金属钨片(8)；所述钨筒(6)外接脉冲偏压电源(9)。

2.根据权利要求1所述的一种金属钨表面纳米化的装置，其特征在于：所述钨筒(6)外套设有石英筒(7)。

3.采用权利要求1所述的一种金属钨表面纳米化的装置进行金属钨表面纳米化的方法，其特征在于：所述方法是采用设置有小孔的钨筒(6)作为空心阴极装置，连接负脉冲偏压，形成空心阴极效应，离化氦气，获得低电压、大电流的氦等离子体；氦等离子体在偏压的引导下轰击覆盖在钨筒(6)上的金属钨片(8)表面，以产生的能量作为热源，使氦在钨中迁移形成氦泡，在钨表面形成纳米结构生长层。

4.根据权利要求3所述的一种金属钨表面纳米化的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)待纳米化金属钨片(8)前处理：金属钨片(8)的机械打磨抛光至镜面，并用清洗干燥；

(2)抽真空环境：将金属钨片(8)放置到钨筒(6)上，并将真空室(1)抽真空至真空度不低于1×10^-4Pa；

(3)氩气清洗：在真空室(1)中通入氩气至20～100Pa，并施加偏压离化氩气，在金属钨片(8)表面形成能量为500～2000eV，束流强度为20～200μA/cm²的氩离子束，对金属钨片(8)表面进行离子清洗和除去机械损伤层，清洗时间为15～30min；

(4)金属钨片(8)纳米化处理：在真空室(1)中通入高纯氦气至200～3000Pa，施加偏压离化氦气，在金属钨片(8)表面形成能量不高于800eV，束流强度为200～3500mA/cm²的氦离子束，并轰击金属钨片(8)表面，在金属钨表面引入氦元素，使氦在钨中迁移形成氦泡，在钨表面形成纳米结构生长层，其纳米化处理时间为2.5～3.5h；

(5)冷却阶段：将真空室(1)内抽成低真空，关掉电源；待金属钨片(8)随真空室(1)冷却到100℃以下时取出已表面纳米化的金属钨片(8)。

5.根据权利要求4所述的一种金属钨表面纳米化的方法，其特征在于：所述步骤(1)中金属钨片(8)依次以500目、800目、1200目砂纸进行打磨去除表面氧化层和机械加工痕迹，再以1～3μm的研磨膏抛光至镜面，再依次采用乙醇、丙酮和压缩氮气对金属钨片(8)进行表面清洗。