本发明专利技术公开了一种高定向热解石墨复合大单晶的制备方法及焊接装置。本发明专利技术焊接装置包括底座、压板、左端定位块和右端定位块；底座上表面中部开设有一用于放置高定向热解石墨单晶的凹槽；压板的下表面的中部设有一能够嵌入凹槽的凸台；底座上凹槽的两侧及压板上的相应位置开设有多个螺孔，通过螺栓和套设于每个螺栓上的弹簧将压板固定在底座上；左端定位块和右端定位块分别包括用于定位凹槽中上层高定向热解石墨单晶的上层定位块和用于定位凹槽中下层高定向热解石墨单晶的下层定位块。本发明专利技术可调预紧力和带有定位功能的焊接装置保证了在焊接过程中给予上、下层高定向热解石墨单晶的合适的预紧力、生成的复合大单晶尺寸精度高、镶嵌度好。镶嵌度好。镶嵌度好。
【技术实现步骤摘要】
一种高定向热解石墨复合大单晶的制备方法及焊接装置
[0001]本专利技术涉及一种高定向热解石墨(Highly Ordered Pyrolytic Graphite,HOPG)复合大单晶的制备方法及焊接装置，尤其适用于搭建在中子束线中部的中子单色器上，属于中子散射
技术介绍
[0002]中子单色器是中子衍射谱仪和非弹性散射谱仪不可或缺的核心部件。单色器通过镶嵌在它上面的各类单晶进行特定角度的布拉格散射，从而选择出不同能量的入射中子，是谱仪光路上散射中子束流的第一关。样品处的束流品质在很大程度上取决于单色器的性能好坏，对最终的数据探测分析起着至关重要的作用。
[0003]优质高定向热解石墨单晶因其峰值反射率最高、镶嵌度为0.4
°±
0.1
°
，且非相干散射背景非常低，常用在中子单色器上。商业提供的优质高定向热解石墨单晶的截面尺寸不超过50mm
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50mm，必须将多块单晶组合成一定面积的阵列才能有效使用。位于中子束线中游的中子单色器，高定向热解石墨单晶通常镶嵌在对中子几乎透明的硅或铝板上使用。但当中子入射到单色器时，硅或铝板会变成一个强gamma辐射源，往往使得生物屏蔽墙结构复杂、笨重，既占空间造价又高。
[0004]尽管铟单质的中子吸收截面大，但因其熔点低、与高定向热解石墨单晶的浸润性好而受到关注，因此需要控制其使用量。Freund和Yu在公开文献“Optimisation and fabrication of a composite pyrolytic graphite monochromator for the Pelican instrument at the ANSTO OPAL reactor,Nucl.Instrum.Methods Phys.Res.,Sect.A,2011,Vol.634”中报道将多个Φ6mm
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0.03mm厚的铟箔放在两层高定向热解石墨单晶之间，采用点焊拼成长条单晶。但其质量会严重依赖操作人员的技术水平。在高定向热解石墨单晶的表面上沉积高质量的铟薄膜非常有挑战性、在加热制备复合单晶过程中如何保证表面质量、镶嵌度好也非常关键。
[0005]国内无相关报道。
技术实现思路
[0006]本专利技术的目的在于提供一种高定向热解石墨复合大单晶的制备方法及焊接装置，该制备方法利用射频磁控溅射并间歇式溅射的方法在高定向热解石墨单晶表面上沉积铟薄膜，铟薄膜质地均匀，采用专用的可调预紧力和带有定位功能的焊接装置，精度高、镶嵌度好，可靠性、成功率高。
[0007]本专利技术提供的一种用于制备高定向热解石墨复合大单晶的焊接装置，包括底座、压板、左端定位块和右端定位块；
[0008]所述底座上表面中部开设有一用于放置高定向热解石墨单晶的凹槽，所述凹槽沿底座长度方向延伸至底座两端；
[0009]所述压板的下表面的中部设有一能够嵌入所述凹槽的凸台，所述凸台沿底座长度
方向延伸至压板两端，用于压紧所述凹槽中的高定向热解石墨单晶；所述底座上凹槽的两侧及压板上的相应位置开设有多个螺孔，通过螺栓和套设于每个螺栓上的弹簧将所述压板固定在所述底座上；
[0010]所述左端定位块包括用于定位凹槽中上层高定向热解石墨单晶的左端上层定位块和用于定位凹槽中下层高定向热解石墨单晶的左端下层定位块，所述左端下层定位块为所述左端上层定位块左侧端的下表面凸出的能够嵌入所述凹槽中的凸台，并在凸台的右侧形成用于容纳所述凹槽中下层高定向热解石墨单晶的左侧端的第一空间；
[0011]所述右端定位块包括用于定位凹槽中上层高定向热解石墨单晶的右端上层定位块和用于定位凹槽中下层高定向热解石墨单晶的右端下层定位块，所述右端下层定位块为所述右端上层定位块右侧端的下表面凸出的能够嵌入所述凹槽中的凸台，并在凸台的左侧形成用于容纳所述凹槽中下层高定向热解石墨单晶的右侧端的第二空间。
[0012]本专利技术焊接装置中，可通过左端定位块、右端定位块对高定向热解石墨单晶进行精确定位；可通过套设于螺栓上的弹簧调节预紧力。
[0013]上述的用于制备高定向热解石墨复合大单晶的焊接装置中，用于固定所述压板的螺栓和配套的弹簧的个数均为4个，4个螺栓相同且4个弹簧相同，所述压板上的4个螺孔对称布置于所述压板的四个角位置。
[0014]上述的用于制备高定向热解石墨复合大单晶的焊接装置中，所述凹槽的深度为H+1mm～H+2mm，H为高定向热解石墨复合大单晶的总厚度；
[0015]所述左端下层定位块和所述右端下层定位块的高度为h+0.1mm～h+0.2mm，h为下层高定向热解石墨单晶的厚度；
[0016]沿所述底座的长度方向，所述第一空间和所述第二空间的尺寸为10mm～25mm。
[0017]本专利技术进一步提供了利用上述任一项所述的焊接装置制备高定向热解石墨复合大单晶的方法，包括如下步骤：
[0018](1)在真空条件下，对多块有序固定的高定向热解石墨单晶的新鲜解理面进行射频磁控溅射，得到沉积有铟薄膜的高定向热解石墨单晶；
[0019](2)在空气中，按照如下步骤将步骤(1)得到的沉积有铟薄膜的高定向热解石墨单晶固定在所述焊接装置中；
[0020]1)将所述左端下层定位块嵌入所述凹槽的左侧端，并将所述左端定位块固定在所述底座上，沿着所述凹槽的长度方向，在所述凹槽中从左至右依次铺设N块沉积有铟薄膜的高定向热解石墨单晶且沉积有铟薄膜的一面朝上；
[0021]2)在N块高定向热解石墨单晶之上从左至右依次铺设N
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1块沉积有铟薄膜的高定向热解石墨单晶且沉积有铟薄膜的一面朝下；上层高定向热解石墨单晶N
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1块之间的缝隙与下层的高定向热解石墨单晶N块之间的缝隙完全错开布置；
[0022]3)将所述右端下层定位块嵌入所述凹槽的右侧端，并将所述右端定位块固定在所述底座上；
[0023]步骤1)
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步骤3)结束后，下层N块高定向热解石墨单晶中，第1块紧贴所述左端下层定位块的右侧，第N块紧贴所述右端下层定位块的左侧；上层N
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1块高定向热解石墨单晶中，第1块紧贴所述左端上层定位块的右侧，第N
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1块紧贴所述右端上层定位块的左侧；
[0024]4)在用于固定所述压板的螺栓上套上弹簧，将螺栓旋至螺孔中使所述压板固定在
所述底座上，所述压板的凸台接触上层N
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1块高定向热解石墨单晶；
[0025](3)将步骤(2)得到的固定有高定向热解石墨单晶的焊接装置进行真空加热并保温，然后自然冷却，取出焊接装置；
[0026](4)取下经步骤(3)处理的焊接装置中的压板、左端定位块、右端定位块，取出高定向热解石墨单晶，即可得到一件高定向热解石墨复合大单晶。
[0027]本专利技术高定向热解石墨复合大单晶的制备方法中，下层高定向热解石墨单晶比上层高定向热解石墨单晶的两端各长本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于制备高定向热解石墨复合大单晶的焊接装置，包括底座、压板、左端定位块和右端定位块；所述底座上表面中部开设有一用于放置高定向热解石墨单晶的凹槽，所述凹槽沿底座长度方向延伸至底座两端；所述压板的下表面的中部设有一能够嵌入所述凹槽的凸台，所述凸台沿底座长度方向延伸至压板两端，用于压紧所述凹槽中的高定向热解石墨单晶；所述底座上凹槽的两侧及压板上的相应位置开设有多个螺孔，通过螺栓和套设于每个螺栓上的弹簧将所述压板固定在所述底座上；所述左端定位块包括用于定位凹槽中上层高定向热解石墨单晶的左端上层定位块和用于定位凹槽中下层高定向热解石墨单晶的左端下层定位块，所述左端下层定位块为所述左端上层定位块左侧端的下表面凸出的能够嵌入所述凹槽中的凸台，并在凸台的右侧形成用于容纳所述凹槽中下层高定向热解石墨单晶的左侧端的第一空间；所述右端定位块包括用于定位凹槽中上层高定向热解石墨单晶的右端上层定位块和用于定位凹槽中下层高定向热解石墨单晶的右端下层定位块，所述右端下层定位块为所述右端上层定位块右侧端的下表面凸出的能够嵌入所述凹槽中的凸台，并在凸台的左侧形成用于容纳所述凹槽中下层高定向热解石墨单晶的右侧端的第二空间。2.根据权利要求1所述的用于制备高定向热解石墨复合大单晶的焊接装置，其特征在于：用于固定所述压板的螺栓和配套的弹簧的个数均为4个，4个螺栓相同且4个弹簧相同，所述压板上的4个螺孔对称布置于所述压板的四个角位置。3.根据权利要求1或2所述的用于制备高定向热解石墨复合大单晶的焊接装置，其特征在于：所述凹槽的深度为H+1mm～H+2mm，H为高定向热解石墨复合大单晶的总厚度；所述左端下层定位块和所述右端下层定位块的高度为h+0.1mm～h+0.2mm，h为下层高定向热解石墨单晶的厚度；沿所述底座的长度方向，所述第一空间和所述第二空间的尺寸为10mm～25mm。4.利用权利要求1
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3中任一项所述的焊接装置制备高定向热解石墨复合大单晶的方法，包括如下步骤：(1)在真空条件下，对多块有序固定的高定向热解石墨单晶的新鲜解理面进行射频磁控溅射，得到沉积有铟薄膜的高定向热解石墨单晶；(2)在空气中，按照如下步骤将步骤(1)得到的沉积有铟薄膜的高定向热解石墨单晶固定在所述焊接装置中；1)将所述左端下层定位块嵌入所述凹槽的左侧端，并将所述左端定位块固定在所述底座上，沿着所述凹槽的长度方向，在所述凹槽中从左至右依次铺设N块沉积有铟薄膜的高定向热解石墨单晶且沉积有铟薄膜的一面朝上；2)在N块高定向热解石墨单晶之上从左至右依次铺设...
【专利技术属性】
技术研发人员：张红霞，刘娟娟，程鹏，汪晋辰，徐大业，
申请(专利权)人：中国人民大学，
类型：发明
国别省市：
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