一种向金属材料中引入氦的方法技术

技术编号:1807252 阅读:155 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
一种向金属材料中引入氦的方法,采用溅射镀膜技术,其特征在于:在镀膜的同时,向膜材表面注入低能氦离子束,离子束的能量低于1000eV。通过实施本发明专利技术的技术,较好地解决了向材料(膜材)中引入高浓度氦的问题。与传统方法相比,引入效率高,费用少,氦含量高。(*该技术在2023年保护过期,可自由使用*)

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及含氦金属材料的制备技术,特别提供了一种采用真空镀膜技术,向金属材料中引入氦元素的方法。
技术介绍
常用的向金属材料中引入氦元素的方法有3种,即离子注入方法、核反应方法(n,α)和贮氚老化方法。离子注入方法是,将氦离子以很高的能量注入到一定深度的金属材料表层。这种方法注入的氦不均匀分布,沿深度有浓度峰值。这种方法注入的氦剂量高,每小时可达到几个原子百分比。核反应方法是用高能α粒子入射发生核反应,在材料中产生氦。这种方法在材料中造成比较大的结构损伤,引入氦的剂量小,约为300×10-6/yr。氚时效方法引入氦是指材料贮氚后,氚自然衰变产生的氦。这种方法要求将氚引入材料中。该方法引入的剂量为100×10-6/d。上述在材料中引入氦的方法都需要特殊的实验条件。如核反应方法需要反应堆,注入方法需要加速器,氚老化方法需要使用氚,而且是针对贮氚材料。因此普通的研究单位不具备上述研究条件,而且引入的费用也比较高。对于聚变堆、快堆所用的堆壁结构材料,以及贮氚材料的研究,都需要考核在含氦条件下材料的性能。因此氦引入技术对于上述特殊场合使用的材料研究十分必要。专利技术的
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供,该方法能够将氦原子(离子)引入金属单质或合金中,尤其能够引入高浓度氦元素,而且效率高,节省引入经费。本专利技术提供了,采用溅射镀膜技术,其特征在于在镀膜的同时,向膜材表面注入低能氦离子束,离子束的能量低于1000eV。采用本专利技术方法,通过对氦离子束流量和电压的调控,氦浓度可以调整,并且可以获得各种含氦的材料,如梯度递增或递减的材料,脉动的材料等。本专利技术向金属材料中引入氦的方法,具有明显得特点。首先膜材的含氦量较高。膜材的含氦量最高可达到20%at。其次,可以进行无支撑膜材的制备,能够直接对含氦膜材进行透射电镜分析等测试分析,使分析的结果更准确。采用其它方法将材料引入氦后,由于含氦后材料非常脆,很难制备透射电镜分析等用途的分析样品,而且由于在制样加工过程中有关氦的存在信息会发生变化。第三,可以均匀引入氦。核反应方法和离子注入方法引入的氦都是在材料的表层。氚时效方法主要针对贮氚材料。因此本方法是不受材料限制的能够在材料中均匀引入氦的方法。总之,通过实施本专利技术的技术,较好地解决了向材料(膜材)中引入高浓度氦的问题。与传统方法相比,引入效率高,费用少,氦含量高。附图说明图1为实施例1膜材的PBS(质子背散射)谱线;图2为比较例1膜材计算得到的PBS(质子背散射)谱线。图3为改变离子束能量后得到的膜材氦含量。具体实施例方式实施例1采用Ti材料为沉积材料,在300eV氦离子束能量下,制备含氦膜材。镀膜时间为70分钟。经离子束分析,得到的氦-Ti膜材的PBS(质子背散射)谱线如下。经过分析,材料中的平均氦含量为2.62%at,峰值氦含量为6.90%at. 比较例1采用一种传统方法,即氦离子注入的方法向Ti膜材注入了1×1017atm/cm2氦原子,能量为40KeV,用时间2小时,注入深度越为0.5μm。将膜材进行离子束分析,得到的PBS谱如图2所示。经过分析,其中氦含量约为0.52%at。实施例2改变氦离子束能量,可以调整氦的引入量。在离子束能量为200eV时,氦的引入氦的平均含量达到18.3%at.,峰值浓度达到36.21%at.。权利要求1.,采用溅射镀膜技术,其特征在于在镀膜的同时,向膜材表面注入低能氦离子束,离子束的能量低于1000eV。2.按照权利要求1所述向金属材料中引入氦的方法,其特征在于氦离子束的流量是连续的。3.按照权利要求1所述向金属材料中引入氦的方法,其特征在于氦离子束的流量是脉动的。4.按照权利要求1、2、或3所述向金属材料中引入氦的方法,其特征在于氦离子束的电压是连续的。5.按照权利要求1、2、或3所述向金属材料中引入氦的方法,其特征在于氦离子束的电压是脉冲的。全文摘要,采用溅射镀膜技术,其特征在于在镀膜的同时,向膜材表面注入低能氦离子束,离子束的能量低于1000eV。通过实施本专利技术的技术,较好地解决了向材料(膜材)中引入高浓度氦的问题。与传统方法相比,引入效率高,费用少,氦含量高。文档编号C23C14/06GK1548573SQ0311169公开日2004年11月24日 申请日期2003年5月16日 优先权日2003年5月16日专利技术者刘实, 王隆保, 郑华, 马爱华, 于洪波, 王贤艳, 实 刘 申请人:中国科学院金属研究所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种向金属材料中引入氦的方法,采用溅射镀膜技术,其特征在于:在镀膜的同时,向膜材表面注入低能氦离子束,离子束的能量低于1000eV。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员:刘实王隆保郑华马爱华于洪波王贤艳
申请(专利权)人:中国科学院金属研究所
类型:发明
国别省市:89[中国|沈阳]

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