本發(fā)明涉及微球涂層制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種制備球形微球表面脆硬金屬涂層的樣品盤，以及該樣品盤的加工方法。

背景技術(shù)：

在科研和生產(chǎn)活動(dòng)中，特別是慣性約束聚變研究中，需要在微球(直徑為毫米或亞毫米級(jí))表面均勻涂鍍各種金屬涂層，并且對(duì)微球表面金屬涂層的表面粗糙度有嚴(yán)格的要求。涂鍍過程微球需要有樣品盤支撐，沉積原子沉積到微球表面的同時(shí)也會(huì)沉積到樣品盤的內(nèi)表面。當(dāng)樣品盤的內(nèi)表面的涂層厚度過厚或應(yīng)力過大時(shí)，涂層會(huì)從樣品盤內(nèi)表面脫落并產(chǎn)生碎渣，特別是脆硬金屬(w、mo等)涂層，碎渣會(huì)沾附到運(yùn)動(dòng)微球的表面上，從而導(dǎo)致微球表面金屬涂層的表面粗糙度迅速增大。

例如，公告號(hào)為cn201552114u的專利文獻(xiàn)公開了一種傾斜式微球滾動(dòng)裝置，該裝置通過步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)微球盤轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)微球在微球盤凹槽內(nèi)列隊(duì)滾動(dòng)，避免微球與微球盤碰撞，減少微球之間的碰撞，但是當(dāng)脆硬金屬涂層過厚(幾微米級(jí)別)時(shí)，脆硬金屬涂層因應(yīng)力過大容易從微球樣品盤內(nèi)表面脫落并產(chǎn)生碎渣，運(yùn)動(dòng)中的微球會(huì)沾附碎渣，導(dǎo)致微球表面脆硬金屬涂層的表面粗糙度迅速增加，嚴(yán)重影響微球表面涂層的質(zhì)量。

試驗(yàn)測(cè)試表面，石英樣品盤或只有一層過渡層的樣品盤內(nèi)表面沉積1～5μm的鎢涂層后，就會(huì)出現(xiàn)盤內(nèi)涂層局部脫落碎裂的情況。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明首先提供一種制備脆硬金屬微球涂層樣品盤，解決現(xiàn)有的樣品盤內(nèi)表面的涂層脫落并產(chǎn)生碎渣，碎渣沾附到微球的表面，導(dǎo)致微球表面脆硬金屬涂層的表面粗糙度增大，嚴(yán)重影響微球表面涂層質(zhì)量的問題。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：制備脆硬金屬微球涂層樣品盤，樣品盤的內(nèi)表面呈曲面狀，內(nèi)表面呈粗糙狀，內(nèi)表面外側(cè)順次涂鍍有鋁涂層和石墨碳涂層。

進(jìn)一步的是：所述鋁涂層的厚度為1～3μm，石墨碳涂層的厚度為0.2～0.6μm。

進(jìn)一步的是：所述樣品盤的內(nèi)表面呈球弧面狀。

具體地，所述樣品盤為石英樣品盤。

本發(fā)明還提供一種制備脆硬金屬微球涂層樣品盤的加工方法，包括以下步驟：

a、對(duì)樣品盤的內(nèi)表面進(jìn)行粗糙化磨砂處理；

b、將樣品盤清洗干凈，干燥后置入真空室內(nèi)，采用離子束對(duì)樣品盤內(nèi)的表面進(jìn)行表面刻蝕清洗處理，再在樣品盤內(nèi)表面分別濺射涂鍍鋁涂層和石墨碳涂層；

c、冷卻至室溫后從真空室內(nèi)取出。

對(duì)上述制備脆硬金屬微球涂層樣品盤，當(dāng)使用一段時(shí)間后，內(nèi)表面涂層局部脫落碎裂出現(xiàn)碎渣時(shí)，為了解決樣品盤的翻新，以實(shí)現(xiàn)重復(fù)使用的問題，本發(fā)明提供一種制備脆硬金屬微球涂層樣品盤的加工方法，包括以下步驟：

a、將使用過的制備脆硬金屬微球涂層樣品盤放入酸性或堿性溶液進(jìn)行超聲處理，使鋁涂層溶解，脆硬金屬涂層隨之脫落；

b、同上述加工方法的b步驟；

c、同上述加工方法的c步驟。

進(jìn)一步的是：所述b步驟中，鋁涂層的厚度為1～3μm，石墨碳涂層的厚度為0.2～0.6μm。

進(jìn)一步的是：所述樣品盤的內(nèi)表面呈球弧面狀。

具體地，所述樣品盤為石英樣品盤。

本發(fā)明的有益效果是：制備脆硬金屬微球涂層樣品盤的內(nèi)表面呈粗糙狀，可提高鋁涂層和樣品盤之間的附著力，鋁涂層具有較好的延展性，可促使脆硬金屬涂層應(yīng)力弛豫釋放；而石墨碳涂層可有效增強(qiáng)脆硬金屬與鋁涂層之間的附著力，這樣通過兩種過渡層的共同作用可有效抑制脆硬金屬涂層從石英樣品盤內(nèi)表面脫落碎裂的情況，抑制微球樣品盤表面掉渣導(dǎo)致的脆硬金屬涂層表面粗糙度的增加，改善微球表面質(zhì)量。

備脆硬金屬微球涂層的樣品盤結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，原材料來源廣，制作成本低，可重復(fù)使用，應(yīng)用范圍廣，可極大改善微球表面脆硬金屬涂層的表面質(zhì)量。

附圖說明

圖1是本發(fā)明制備脆硬金屬微球涂層樣品盤的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中零部件、部位及編號(hào)：樣品盤1、鋁涂層2、石墨碳涂層3。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

如圖1所示，本發(fā)明制備脆硬金屬微球涂層樣品盤，樣品盤1的內(nèi)表面呈曲面狀，例如呈球弧面狀，樣品盤1的內(nèi)表面呈粗糙狀，內(nèi)表面外側(cè)順次涂鍍有鋁涂層2和石墨碳涂層3。鋁涂層2的厚度為1～3μm，石墨碳涂層3的厚度為0.2～0.6μm。樣品盤1為石英樣品盤，內(nèi)表面呈粗糙狀，可提高鋁涂層2和石英樣品盤之間的附著力。鋁涂層2具有較好的延展性，可促使脆硬金屬涂層應(yīng)力弛豫釋放，石墨碳涂層3可增強(qiáng)脆硬金屬與鋁涂層2之間的附著力。

此外，鋁涂層2可由其他具有一定附著力和延展性的其他涂層替代，例如金涂層或銅涂層，但是由于金涂層和銅涂層和石英樣品盤之間的附著力略差，其效果相對(duì)鋁涂層2要差，所以綜合考慮選用鋁涂層是優(yōu)選方案。相應(yīng)地，石墨碳涂層3也可用鈦涂層來替代，只是效果要差些。

鋁涂層2和石墨碳涂層3作為兩種過渡層，共同作用抑制脆硬金屬涂層從石英樣品盤1內(nèi)表面脫落碎裂，減少樣品盤1表面掉渣導(dǎo)致的脆硬金屬涂層表面粗糙度的增加的情況，改善微球表面質(zhì)量。試驗(yàn)表面，石英樣品盤或只有一層過渡層的樣品盤內(nèi)表面沉積1～5μm的鎢涂層后，就會(huì)出現(xiàn)盤內(nèi)涂層局部脫落碎裂的情況，而本發(fā)明制備脆硬金屬微球涂層樣品盤可沉積20μm厚的鎢涂層而沒有明顯脫落碎裂的情況。

本發(fā)明還提供一種上述制備脆硬金屬微球涂層樣品盤的加工方法，包括以下步驟：

a、對(duì)樣品盤1的內(nèi)表面進(jìn)行粗糙化磨砂處理，其中樣品盤1為石英材質(zhì)，樣品盤1的內(nèi)表面呈球弧面狀。

b、將樣品盤1清洗干凈，干燥后置入真空室內(nèi)，采用離子束對(duì)樣品盤1內(nèi)的表面進(jìn)行表面刻蝕清洗處理，再在樣品盤1內(nèi)表面分別濺射涂鍍鋁涂層2和石墨碳涂層3；其中，鋁涂層2的厚度為1～3μm，石墨碳涂層3的厚度為0.2～0.6μm。樣品盤1內(nèi)表面粗糙化和離子束刻蝕清洗可有效提高鋁涂層2和樣品盤1之間的附著力。

c、冷卻至室溫后從真空室內(nèi)取出，制得制備脆硬金屬微球涂層樣品盤。

對(duì)上述本發(fā)明的制備脆硬金屬微球涂層樣品盤，當(dāng)使用一段時(shí)間后，內(nèi)表面涂層局部脫落碎裂出現(xiàn)碎渣時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)翻新，以重復(fù)使用，本發(fā)明提供一種制備脆硬金屬微球涂層樣品盤的加工方法，包括以下步驟：

a、將使用過的制備脆硬金屬微球涂層樣品盤放入酸性或堿性溶液進(jìn)行超聲處理，使鋁涂層2溶解，脆硬金屬涂層隨之脫落，獲得干凈的石英樣品盤。

b、同上述加工方法的b步驟；

c、同上述加工方法的c步驟。

上述兩種制備脆硬金屬微球涂層樣品盤的加工方法，實(shí)施成本低，易于制作備脆硬金屬微球涂層的樣品盤；且可以翻新，實(shí)現(xiàn)重復(fù)使用，極大改善微球表面脆硬金屬涂層的表面質(zhì)量。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種制備脆硬金屬微球涂層樣品盤及其加工方法，涉及微球涂層制備技術(shù)領(lǐng)域，解決現(xiàn)有樣品盤內(nèi)表面的涂層脫落產(chǎn)生碎渣，沾附到微球的表面，導(dǎo)致微球表面脆硬金屬涂層的表面粗糙度增大的問題。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：樣品盤的內(nèi)表面呈曲面狀，內(nèi)表面呈粗糙狀，內(nèi)表面外側(cè)順次涂鍍有鋁涂層和石墨碳涂層。鋁涂層可促使脆硬金屬涂層應(yīng)力弛豫釋放；石墨碳涂層可增強(qiáng)脆硬金屬與鋁涂層之間的附著力，通過兩種過渡層的共同作用，抑制脆硬金屬涂層從石英樣品盤內(nèi)表面脫落碎裂，改善微球表面質(zhì)量。樣品盤加工方法采用離子束對(duì)樣品盤內(nèi)的表面進(jìn)行表面刻蝕清洗處理，再分別濺射涂鍍鋁涂層和石墨碳涂層；此外，樣品盤經(jīng)簡(jiǎn)單處理加工后可重復(fù)使用。

技術(shù)研發(fā)人員：劉艷松;何智兵;何小珊;陳果;王濤;李朝陽(yáng);許華;李俊;謝春平
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)工程物理研究院激光聚變研究中心
技術(shù)研發(fā)日：2017.07.17
技術(shù)公布日：2017.09.29