一种大面积制造技术

本发明专利技术公开了一种大面积

【技术实现步骤摘要】
一种大面积
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C同位素靶的制备方法


[0001]本专利技术涉及核物理实验用靶制备
，具体涉及一种大面积
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C同位素靶的制备方法。

技术介绍

[0002]13
C同位素靶是天体物理中恒星中子源反应研究中的重要组成部件，能否研制出满足实验需求的
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C同位素靶对实验的成功与否至关重要。而由于C的熔点在单质材料中最高，不能采用传统热蒸发的方法进行制备，加上
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C同位素原材料价格昂贵，并且大多数为粉末状，目前只能采用重离子溅射方法制备
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C薄膜靶。而重离子溅射方法主要是针对原材料价格非常昂贵能提供的原材料非常少而采用的一种镀膜方法，具有一定的局限性，制备的靶的有效面积较小，靶的有效面积的直径小于15mm，并且镀膜速率慢，靶的均匀性较低。在低能物理实验中由于加速器的束斑直径变大，靶的有效面积小则会导致部分束流打到靶外，从而影响实验的顺利进行。因此，为了满足核物理相关实验的需求，研制出大面积的
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C同位素靶至关重要。

技术实现思路

[0003]为了解决目前制备的
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C同位素靶有效面积较小的问题，本专利技术提供了一种大面积
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C同位素靶的制备方法。该方法采用射频磁控溅射法，以选定的样品作为衬底，在样品表面沉积一层所需厚度的
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C同位素膜，即可得到满足核物理实验需求的
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C同位素靶。该方法制备出的
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C同位素靶具有有效面积大、镀膜速率快并且均匀性高的优点。
[0004]本专利技术所提供的大面积
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C同位素靶的制备方法，包括如下步骤：
[0005]1)采用热压法将
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C同位素粉末热压到背靶材上，得到用于磁控溅射的
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C同位素块状靶材；
[0006]2)将热压成型的
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C同位素块状靶材装入磁控溅射设备中，抽真空，采用射频磁控溅射法对待镀膜样品进行镀膜，得到所需大面积
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C同位素靶。
[0007]上述方法步骤1)中，所述背靶材可为石墨纸，具体可为柔性石墨纸；采用石墨纸作为背靶材节省了制备
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C同位素靶的
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C同位素原材料，并且由于石墨的熔点非常高，在热压成型时不会扩散到靶的表面影响之后镀
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C同位素靶的纯度；
[0008]所述石墨纸的厚度为0.4
‑
0.8mm，具体可为0.6mm；
[0009]所得块状靶材的直径不小于40mm；
[0010]所述热压的操作为：在放电等离子体烧结(SPS)炉中，预加压；抽真空，待真空度小于5Pa时，开启脉冲电源；以80
‑
120℃/min(具体可为100℃/min)速率升温至1800
‑
2000℃(具体可为1900℃)，同步提升压强至38
‑
42MPa(具体可为40MPa)；在1800
‑
2000℃温度下和38
‑
42MPa压强下保温保压10
‑
20min(具体可为15min)，随后以80
‑
120℃/min(具体可为100℃/min)速率降温至580
‑
620℃(具体可为600℃)；关闭脉冲电源，样品随炉冷却，即得
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C同位素块状靶材。
[0011]其中，所述预加压的压力可为0.5
‑
0.8T，具体可为0.6T。
[0012]上述方法步骤2)中，所述待镀膜样品可为直径40mm的镀金的铜块或40mm*60mm镀金铜片；
[0013]上述方法步骤2)的操作为：将
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C块状靶材装入磁控溅射真空溅射设备中，将待镀膜样品装入设备的样品支架中；抽磁控溅射真空溅射设备的本底真空至4*10
‑4Pa以下，充高纯氩气调节真空至0.8
‑
1.2Pa(具体可为1Pa)；打开射频电源，调节电源参数，进行磁控溅射镀膜，溅射至目标厚度后关设备，取出样品，即可。
[0014]其中，磁控溅射法产生的辉光直径为40mm；
[0015]镀膜厚度可为500nm及以下，具体可为10
‑
100nm，更具体可为25nm或50nm；
[0016]所得
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C同位素靶的有效面积可达到直径60mm及以下，具体可为40mm。
[0017]由上述方法制得的大面积
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C同位素靶也属于本专利技术的保护范围。
[0018]本专利技术制备方法的第一步是制备出磁控溅射工艺使用的
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C同位素块状靶材。磁控溅射工艺镀膜需要至少一块直径不小于40mm的块状靶材，而由于
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C同位素的原材料价格昂贵，并且市场上能买到的
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C同位素大都呈粉末状，无法买到该尺寸的磁控溅射用块状靶材。为了解决磁控溅射用
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C同位素块状靶材的问题，本专利技术采用热压法热压
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C同位素粉末在柔性石墨纸上制备块状靶材。采用石墨纸作为背靶材节省了制备
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C同位素靶的
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C同位素原材料，并且由于石墨的熔点非常高，在热压成型时不会扩散到靶的表面，影响之后镀
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C同位素靶的纯度。本专利技术制备方法的第二步是将热压成型的13C同位素块状靶材装入磁控溅射设备中抽真空采用射频磁控溅射法对样品进行镀膜，即得到所需的大面积
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C同位素靶。
[0019]本专利技术的有益效果在于：采用该方法成功制备出了满足核物理实验需求的大面积
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C同位素靶，采用该方法制备出的
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C同位素靶的有效面积可以达到直径40mm甚至更大，而之前
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C靶的有效面积只能做到直径15mm。并且由于本方法采用的是磁控溅射法，磁控溅射法产生的辉光直径约为40mm，而重离子溅射法的重离子束斑直径仅为2mm左右，因此采用本方法制备的13C同位素靶的均匀性和制备效率也得到了明显提升。
附图说明
[0020]图1为本专利技术实施例1和实施例2所制备的
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C靶；
[0021]其中1为培养皿(培养皿的尺寸为直径90mm)；2为实施例1所制备的
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C靶；3为实施例2所制备的
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C靶。
具体实施方式
[0022]下面结合具体实施方式对本专利技术进行进一步的详细描述，给出的实施例仅为了阐明本专利技术，而不是为了限制本专利技术的范围。以下提供的实施例可作为本
普通技术人员进行进一步改进的指南，并不以任何方式构成对本专利技术的限制。
[0023]下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大面积
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C同位素靶的制备方法，包括如下步骤：1)采用热压法将
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C同位素粉末热压到背靶材上，得到用于磁控溅射的
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C同位素块状靶材；2)将热压成型的
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C同位素块状靶材装入磁控溅射设备中，抽真空，采用射频磁控溅射法对待镀膜样品进行镀膜，得到所需大面积
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C同位素靶。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1)中，所述背靶材为石墨纸；所述石墨纸的厚度为0.4
‑
0.8mm。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：步骤1)所得块状靶材的直径不小于40mm。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的方法，其特征在于：所述热压的操作为：在放电等离子体烧结炉中，预加压；抽真空，待真空度小于5Pa时，开启脉冲电源；以80
‑
120℃/min速率升温至1800
‑
2000℃，同步提升压强至38
‑
42MPa；在1800
‑
2000℃温度下和38
‑<...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢子伟，刘凤琼，朱亚滨，张宏斌，李海霞，李荣华，王秀华，陈翠红，李占奎，
申请(专利权)人：中国科学院近代物理研究所，
类型：发明
国别省市：