专利名称：一种向金属材料中引入氦的方法
技术领域：
本发明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。
背景技术：
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。
发明的技术内容本发明的目的在于提供一种向金属材料中引入氦的方法，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。
本发明提供了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。
采用本发明方法，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。
本发明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，通过实施本发明的技术，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。
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
1.一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。
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
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
发明者刘实, 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