面向等离子体的金刚石膜第一壁制备方法技术

本发明专利技术公开了一种面向等离子体的金刚石膜第一壁及制备方法，将超声波清洗、热电子增强氢/氩等离子体蚀刻纯化处理和金刚石涂层热丝化学气相沉积结合起来，在石墨表面生长抗氢离子蚀刻的金刚石膜，本发明专利技术的有益效果在于：金刚石膜相比石墨和低活化马氏体钢，具有极高的导热率，高的抗氢离子蚀刻性能和低的氘氚吸附能力，同时还具有极强的防氚渗透能力，有望成为聚变实验装置的另一种面向等离子体材料选择。本发明专利技术在200mm见方的石墨表面生长了致密的金刚石膜，已在400eV、50mA的氢离子辐照10小时，在电镜下未观察到表面微观形貌变化，说明金刚石膜具有较高的抗氢离子蚀刻性能。

First wall preparation of diamond film for plasma

【技术实现步骤摘要】
面向等离子体的金刚石膜第一壁制备方法
本专利技术属于一种聚变实验装置的壁处理方法，具体涉及一种面向等离子体的金刚石膜第一壁及制备方法。
技术介绍
受控热核聚变能是有效解决人类未来能源需求的主要途径。利用受控热核聚变能面临的关键问题之一是目前还没有一种材料能完全满足面向高温等离子体的第一壁结构材料，即面向等离子体材料(PFMs)的工作要求。目前热门的PFMs候选材料包括铍、碳基材料和钨。铍具有低的原子序数、高的热导率、与等离子适应性好、比强度高、弹性模量高、对等离子体污染小、中子吸收界面小且散射截面大等优点，被选为国际热核试验堆计划(ITER)的PFMs，但它存在熔点低、蒸气压高、物理溅射产额高、抗溅射能力差、寿命短等缺点。钨具有高的熔点和热导率、对氘氚吸附量小、抗溅射能力强、高的抗等离子体冲刷能力、不与氢反应等优点，是很有前景的PFMs，但作为高Z元素溅射入堆芯等离子体后会严重影响等离子体的品质和稳定性，同时在等离子体辐照后会出现丝化现象。碳基材料具有低的原子序数、高热导率、高抗热震能力、在高温时能保持一定的强度、与等离子体相容性好、对本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.面向等离子体的金刚石膜第一壁制备方法，其特征在于：将超声波清洗、热电子增强氢/氩等离子体蚀刻纯化处理和金刚石涂层热丝化学气相沉积结合起来，在石墨表面生长抗氢离子蚀刻的金刚石膜，该方法包括以下步骤：/n(1)首先利用超声波清洗技术去除石墨或低活化马氏体钢基材表面污染层；/n(2)然后利用热丝化学气相沉积设备产生的氢/氩等离子体对石墨或低活化马氏体钢基材表面进行蚀刻纯化处理；/n(3)最后利用热丝化学气相沉积设备生长金刚石涂层。/n

【技术特征摘要】
1.面向等离子体的金刚石膜第一壁制备方法，其特征在于：将超声波清洗、热电子增强氢/氩等离子体蚀刻纯化处理和金刚石涂层热丝化学气相沉积结合起来，在石墨表面生长抗氢离子蚀刻的金刚石膜，该方法包括以下步骤：
(1)首先利用超声波清洗技术去除石墨或低活化马氏体钢基材表面污染层；
(2)然后利用热丝化学气相沉积设备产生的氢/氩等离子体对石墨或低活化马氏体钢基材表面进行蚀刻纯化处理；
(3)最后利用热丝化学气相沉积设备生长金刚石涂层。


2.如权利要求1所述的面向等离子体的金刚石膜第一壁制备方法，其特征在于：所述的步骤(3)之前采用热丝化学气相沉积工艺先沉积SiC过渡层；石墨选用高纯石墨，低活化马氏体钢选用国内的CLF-1和CLAM，主要由Fe、Cr两种元素组成，并添加了少量的V、Mn、W、Ta等元素，具体成分比例为(以下均为质量百分比)：Fe占85％以上，Cr在7－13％之间，V在0.1－0.3％之间，W在1.0－2.0％之间，Mn在0.1－0.6％之间，Ta在0.01－0.2％之间。


3.如权利要求1所述的面向等离子体的金刚石膜第一壁制备方法，其特征在于：所述的步骤(2)所需的氢/氩等离子体通过热丝发射的热电子与氩气和氢气的混合气体碰撞产生，热丝温度范围为1800-2500℃，氩气和氢气的混合气体总压范围为0.1-10Pa，氩气和氢气的比例范围为0.1-10。

【专利技术属性】
技术研发人员：罗天勇，付志强，李卫，
申请(专利权)人：核工业西南物理研究院，中国地质大学北京，廊坊西波尔钻石技术有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51