本發(fā)明屬于慣性約束聚變研究領(lǐng)域，具體涉及一種用于激光慣性約束聚變實驗研究用平面微小零(靶)件的無切割自成型制備方法。

背景技術(shù)：

激光慣性約束聚變研究條件苛刻，通常在以皮秒分辨的納秒時間尺度、以微米分辨的毫米空間尺度上開展實驗，使得聚變研究物理實驗總體靶的平面零件尺寸非常微?。浩浜穸确较虺叽绫≈涟偌{米到幾微米，平面方向尺寸小至百微米到幾毫米。為了保證物理實驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，對平面零件的材料純度、尺寸精度、測量精度都有很高的要求，比如，厚度方向精度要求達(dá)到納米量級，平面方向尺寸精度要求達(dá)到微米量級。這種平面零件具有材料范圍廣、平面形狀多樣的特征。包括中高Z金屬材料，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；平面形狀涉及到圓形、方形、圓環(huán)形甚至不規(guī)則的形狀。

聚變研究靶微小平面零件傳統(tǒng)的制造方法是薄膜制備完成后，再進(jìn)行平面尺寸的二次精密加工成型。薄膜制備主要采用物理或化學(xué)氣相沉積技術(shù)，二次加工主要有手工切割、電火花加工和激光加工等方法。手工切割精度、效率、重復(fù)性極差，不能滿足零件精度和批量生產(chǎn)要求；電火花加工特征尺寸在0.2mm左右，加工更小的金屬結(jié)構(gòu)件極其困難，加工端面較粗糙；激光加工邊緣易粘附熔渣，且成本昂貴。對于有毒有害、化學(xué)性質(zhì)活潑的特殊材料(比如鈾、钚等)，上述二次加工方法不僅需要花費高昂成本，建立專用的加工安全防護(hù)系統(tǒng)，保證工作人員、設(shè)備及環(huán)境的安全，同時需要解決加工熱效應(yīng)導(dǎo)致的活潑材料微納零件結(jié)構(gòu)熱應(yīng)力變形、迅速氧化甚至燃燒、切割面后期防氧化等技術(shù)難題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是為了解決慣性約束聚變靶微小平面零件制造存在的二次精密加工技術(shù)難題，而發(fā)明的一種微小平面零件無切割自成型方法。

一種微小平面零件的無切割自成型方法，具體是按以下步驟完成的：

一、模板制備：在預(yù)制圖形的Si基片上采用熱蒸發(fā)鍍膜技術(shù)制備厚度為90nm～110nm的CsI脫模劑，即得到鍍脫模劑的模板，模板在真空或干燥環(huán)境下保存；所述預(yù)制圖形的Si基片包括邊緣突起部、圖形突起部和凹槽，所述的圖形突起部是根據(jù)微小平面零件的平面結(jié)構(gòu)形狀制備而成，所述凹槽的寬度為10μm～30μm，凹槽的深寬比不小于1，凹槽的陡直度90°±5°；

二、制備微小平面零件材料薄膜：采用沉積法在鍍脫模劑的模板上鍍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、脫模：釋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。

與傳統(tǒng)制備方法相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：

一、把對微小平面零件平面尺寸的二次精密加工轉(zhuǎn)換為對Si模板的加工；

二、規(guī)避了活性材料平面尺寸二次加工的加工熱效應(yīng)零件結(jié)構(gòu)變形與氧化、切割面后期防氧化等技術(shù)難題；

三、規(guī)避了有毒有害材料平面尺寸二次加工的技術(shù)難題與安全防護(hù)問題；

四、適用范圍非常廣，適用于采用沉積法制備絕大部分材料的微小平面零件的平面尺寸加工成型。

五、可批量生產(chǎn)，重復(fù)精度高。

六、在制備相同微小平面零件時，模板可重復(fù)使用，成本低。

附圖說明

圖1是厚度為250μm單晶硅片結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是步驟一中預(yù)制圖形的Si基片的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中1表示邊緣突起部，圖中2表示圖形突起部，圖中3表示凹槽；

圖3是圖2沿A-A的放大剖視圖，圖中1表示邊緣突起部，圖中2表示圖形突起部，圖中3表示凹槽；

圖4是實施例1步驟一得到的鍍脫模劑的模板結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是圖4的仰視圖；

圖6是實施例1步驟二得到的沉積微小平面零件材料薄膜的模板結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是圖6的仰視圖；

圖8是實施例1步驟三得到的微小平面零件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9是實施例1步驟三脫模后的框架。

具體實施方式

具體實施方式一：本實施方式是一種微小平面零件的無切割自成型方法，具體是按以下步驟完成的：

一、模板制備：在預(yù)制圖形的Si基片上采用熱蒸發(fā)鍍膜技術(shù)制備厚度為90nm～110nm的CsI脫模劑，即得到鍍脫模劑的模板，模板在真空或干燥環(huán)境下保存；所述預(yù)制圖形的Si基片包括邊緣突起部、圖形突起部和凹槽，所述的圖形突起部是根據(jù)微小平面零件的平面結(jié)構(gòu)形狀制備而成，所述凹槽的寬度為10μm～30μm，凹槽的深寬比不小于1，凹槽的陡直度90°±5°；

二、制備微小平面零件材料薄膜：采用沉積法在鍍脫模劑的模板上制備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、脫模：釋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。

模板凹槽的作用是用來阻礙微小平面零件材料薄膜制備過程中形成連續(xù)薄膜，其技術(shù)指標(biāo)是能否實現(xiàn)微小零件脫模過程中完全斷開、釋放的關(guān)鍵。凹槽寬度過大、深度過淺、陡直度過緩，都會由于薄膜沉積過程中粒子繞射現(xiàn)象導(dǎo)致側(cè)壁粘連而不能實現(xiàn)完全斷開；而凹槽寬度過小，又會由于薄膜沉積過程中填充效果而造成薄膜粘連。同時，合適的凹槽技術(shù)指標(biāo)也可以在鍍上保護(hù)層時，在活性材料斷面原位形成一定厚度的斷面保護(hù)層，提高零件的壽命。實驗證明，凹槽的寬度為10μm～30μm，凹槽的深寬比不小于1，凹槽的陡直度90°±5°時，脫模零件釋放成功率100％。

通過光刻圖形復(fù)制與Si深反應(yīng)離子刻蝕的加工精度來控制微小平面零件平面尺寸精度。在現(xiàn)有半導(dǎo)體技術(shù)背景下，光刻圖形復(fù)制與Si深反應(yīng)離子刻蝕工藝非常成熟，圖形加工精度甚至可以達(dá)到十納米級別，且效率極高。

具體實施方式二：本實施方式與具體實施方式一的不同點是：步驟一中所述的預(yù)制圖形的Si基片是按以下方法制備的：①、基片清洗：采用厚度為250μm單晶硅片作為基片，且基片的表面粗糙度Ra＜5nm，對基片進(jìn)行清洗，然后吹干，得到清洗后基片；②、模板加工：采用光刻圖形復(fù)制與Si深反應(yīng)離子刻蝕光刻工藝將基片加工成模板，去掉光刻膠與切屑，洗凈后用氮氣吹干，得到預(yù)制圖形的Si基片；所述模板包括邊緣突起部、圖形突起部和凹槽，所述的圖形突起部是根據(jù)微小平面零件的結(jié)構(gòu)形狀制備而成，所述凹槽的寬度為10μm～30μm，凹槽的深寬比不小于1，凹槽的陡直度90°±5°，凹槽側(cè)壁粗糙度峰谷極差Rt＜100nm。其他與具體實施方式一相同。

具體實施方式三：本實施方式與具體實施方式一或二之一不同點是：步驟二中所述的沉積法為磁控濺射方法、反應(yīng)磁控濺射方法或輝光放電等離子體方法；當(dāng)采用單質(zhì)金屬材料制作微小平面零件時，選擇磁控濺射方法進(jìn)行沉積；當(dāng)采用金屬化合物制作微小平面零件時，選擇反應(yīng)磁控濺射方法進(jìn)行沉積；當(dāng)采用CH聚合物材料制作微小平面零件時，選擇輝光放電等離子體方法。其他與具體實施方式一或二相同。

具體實施方式四：本實施方式與具體實施方式三的不同點是：當(dāng)采用單質(zhì)金屬材料制作微小平面零件時，選擇磁控濺射方法進(jìn)行沉積。其他與具體實施方式三相同。

具體實施方式五：本實施方式與具體實施方式三的不同點是：當(dāng)采用金屬化合物制作微小平面零件時，選擇反應(yīng)磁控濺射方法進(jìn)行沉積。其他與具體實施方式三相同。

具體實施方式六：本實施方式與具體實施方式三的不同點是：當(dāng)采用CH聚合物材料制作微小平面零件時，選擇輝光放電等離子體方法。其他與具體實施方式三相同。

具體實施方式七：本實施方式與具體實施方式一至六之一不同點是：所述的微小平面零件選用化學(xué)活性質(zhì)活潑材料制作時，將微小平面零件制成三層結(jié)構(gòu)薄膜，上、下表面為防護(hù)層，中間為材料層；所述的化學(xué)活性質(zhì)活潑材料為鈾、鐠或钚。其他與具體實施方式一至六相同。

本發(fā)明內(nèi)容不僅限于上述各實施方式的內(nèi)容，其中一個或幾個具體實施方式的組合同樣也可以實現(xiàn)發(fā)明的目的。

采用下述試驗驗證本發(fā)明效果

實施例1：結(jié)合圖1至9，一種微小平面零件的無切割自成型方法，具體是按以下步驟完成的：

一、模板制備：在預(yù)制圖形的Si基片上采用熱蒸發(fā)鍍膜技術(shù)制備厚度為100nm的CsI脫模劑，即得到鍍脫模劑的模板，模板在真空或干燥環(huán)境保存；

二、制備微小平面零件材料薄膜：采用磁控濺射方法依次在鍍脫模劑的模板上制備厚度為50nm的下表面Au防護(hù)層、厚度為300nm的U層和厚度為50nm的上表面Au防護(hù)層，得到沉積微小平面零件材料薄膜的模板；

三、脫模：將沉積微小平面零件材料薄膜的模板浸入去離子水溶劑中，浸泡20s，即得到微小平面零件。

本實施例步驟一中所述的預(yù)制圖形的Si基片是按以下方法制備的：①、基片清洗：采用厚度為250μm單晶硅片作為基片，且基片的表面粗糙度Ra＜5nm，對基片進(jìn)行清洗，然后吹干，得到清洗后基片；②、模板加工：采用光刻圖形復(fù)制與Si深反應(yīng)離子刻蝕光刻工藝將基片加工成模板，去掉光刻膠與切屑，洗凈后用氮氣吹干，得到預(yù)制圖形的Si基片；所述模板包括邊緣突起部、圖形突起部和凹槽，所述的圖形突起部是根據(jù)微小平面零件的結(jié)構(gòu)形狀制備而成，所述凹槽的寬度為10μm，凹槽的深寬比為3，凹槽的陡直度90°±5°，凹槽側(cè)壁粗糙度峰谷極差Rt＜100nm。

圖1是厚度為250μm單晶硅片結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是步驟一中預(yù)制圖形的Si基片的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中1表示邊緣突起部，圖中2表示圖形突起部，圖中3表示凹槽；圖3是圖2沿A-A的放大剖視圖，圖中1表示邊緣突起部，圖中2表示圖形突起部，圖中3表示凹槽。

圖4是實施例1步驟一得到的鍍脫模劑的模板結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是圖4的仰視圖。

圖6是實施例1步驟二得到的沉積微小平面零件材料薄膜的模板結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是圖6的仰視圖。

圖8是實施例1步驟三得到的微小平面零件結(jié)構(gòu)示意圖；圖9是實施例1步驟三脫模后的框架。