制备脆硬金属微球涂层样品盘及其加工方法与流程

本发明涉及微球涂层制备技术领域，具体涉及一种制备球形微球表面脆硬金属涂层的样品盘，以及该样品盘的加工方法。

背景技术：

在科研和生产活动中，特别是惯性约束聚变研究中，需要在微球(直径为毫米或亚毫米级)表面均匀涂镀各种金属涂层，并且对微球表面金属涂层的表面粗糙度有严格的要求。涂镀过程微球需要有样品盘支撑，沉积原子沉积到微球表面的同时也会沉积到样品盘的内表面。当样品盘的内表面的涂层厚度过厚或应力过大时，涂层会从样品盘内表面脱落并产生碎渣，特别是脆硬金属(w、mo等)涂层，碎渣会沾附到运动微球的表面上，从而导致微球表面金属涂层的表面粗糙度迅速增大。

例如，公告号为cn201552114u的专利文献公开了一种倾斜式微球滚动装置，该装置通过步进电机带动微球盘转动，实现微球在微球盘凹槽内列队滚动，避免微球与微球盘碰撞，减少微球之间的碰撞，但是当脆硬金属涂层过厚(几微米级别)时，脆硬金属涂层因应力过大容易从微球样品盘内表面脱落并产生碎渣，运动中的微球会沾附碎渣，导致微球表面脆硬金属涂层的表面粗糙度迅速增加，严重影响微球表面涂层的质量。

试验测试表面，石英样品盘或只有一层过渡层的样品盘内表面沉积1～5μm的钨涂层后，就会出现盘内涂层局部脱落碎裂的情况。

技术实现要素：

本发明首先提供一种制备脆硬金属微球涂层样品盘，解决现有的样品盘内表面的涂层脱落并产生碎渣，碎渣沾附到微球的表面，导致微球表面脆硬金属涂层的表面粗糙度增大，严重影响微球表面涂层质量的问题。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：制备脆硬金属微球涂层样品盘，样品盘的内表面呈曲面状，内表面呈粗糙状，内表面外侧顺次涂镀有铝涂层和石墨碳涂层。

进一步的是：所述铝涂层的厚度为1～3μm，石墨碳涂层的厚度为0.2～0.6μm。

进一步的是：所述样品盘的内表面呈球弧面状。

具体地，所述样品盘为石英样品盘。

本发明还提供一种制备脆硬金属微球涂层样品盘的加工方法，包括以下步骤：

a、对样品盘的内表面进行粗糙化磨砂处理；

b、将样品盘清洗干净，干燥后置入真空室内，采用离子束对样品盘内的表面进行表面刻蚀清洗处理，再在样品盘内表面分别溅射涂镀铝涂层和石墨碳涂层；

c、冷却至室温后从真空室内取出。

对上述制备脆硬金属微球涂层样品盘，当使用一段时间后，内表面涂层局部脱落碎裂出现碎渣时，为了解决样品盘的翻新，以实现重复使用的问题，本发明提供一种制备脆硬金属微球涂层样品盘的加工方法，包括以下步骤：

a、将使用过的制备脆硬金属微球涂层样品盘放入酸性或碱性溶液进行超声处理，使铝涂层溶解，脆硬金属涂层随之脱落；

b、同上述加工方法的b步骤；

c、同上述加工方法的c步骤。

进一步的是：所述b步骤中，铝涂层的厚度为1～3μm，石墨碳涂层的厚度为0.2～0.6μm。

进一步的是：所述样品盘的内表面呈球弧面状。

具体地，所述样品盘为石英样品盘。

本发明的有益效果是：制备脆硬金属微球涂层样品盘的内表面呈粗糙状，可提高铝涂层和样品盘之间的附着力，铝涂层具有较好的延展性，可促使脆硬金属涂层应力弛豫释放；而石墨碳涂层可有效增强脆硬金属与铝涂层之间的附着力，这样通过两种过渡层的共同作用可有效抑制脆硬金属涂层从石英样品盘内表面脱落碎裂的情况，抑制微球样品盘表面掉渣导致的脆硬金属涂层表面粗糙度的增加，改善微球表面质量。

备脆硬金属微球涂层的样品盘结构简单，原材料来源广，制作成本低，可重复使用，应用范围广，可极大改善微球表面脆硬金属涂层的表面质量。

附图说明

图1是本发明制备脆硬金属微球涂层样品盘的结构示意图。

图中零部件、部位及编号：样品盘1、铝涂层2、石墨碳涂层3。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明制备脆硬金属微球涂层样品盘，样品盘1的内表面呈曲面状，例如呈球弧面状，样品盘1的内表面呈粗糙状，内表面外侧顺次涂镀有铝涂层2和石墨碳涂层3。铝涂层2的厚度为1～3μm，石墨碳涂层3的厚度为0.2～0.6μm。样品盘1为石英样品盘，内表面呈粗糙状，可提高铝涂层2和石英样品盘之间的附着力。铝涂层2具有较好的延展性，可促使脆硬金属涂层应力弛豫释放，石墨碳涂层3可增强脆硬金属与铝涂层2之间的附着力。

此外，铝涂层2可由其他具有一定附着力和延展性的其他涂层替代，例如金涂层或铜涂层，但是由于金涂层和铜涂层和石英样品盘之间的附着力略差，其效果相对铝涂层2要差，所以综合考虑选用铝涂层是优选方案。相应地，石墨碳涂层3也可用钛涂层来替代，只是效果要差些。

铝涂层2和石墨碳涂层3作为两种过渡层，共同作用抑制脆硬金属涂层从石英样品盘1内表面脱落碎裂，减少样品盘1表面掉渣导致的脆硬金属涂层表面粗糙度的增加的情况，改善微球表面质量。试验表面，石英样品盘或只有一层过渡层的样品盘内表面沉积1～5μm的钨涂层后，就会出现盘内涂层局部脱落碎裂的情况，而本发明制备脆硬金属微球涂层样品盘可沉积20μm厚的钨涂层而没有明显脱落碎裂的情况。

本发明还提供一种上述制备脆硬金属微球涂层样品盘的加工方法，包括以下步骤：

a、对样品盘1的内表面进行粗糙化磨砂处理，其中样品盘1为石英材质，样品盘1的内表面呈球弧面状。

b、将样品盘1清洗干净，干燥后置入真空室内，采用离子束对样品盘1内的表面进行表面刻蚀清洗处理，再在样品盘1内表面分别溅射涂镀铝涂层2和石墨碳涂层3；其中，铝涂层2的厚度为1～3μm，石墨碳涂层3的厚度为0.2～0.6μm。样品盘1内表面粗糙化和离子束刻蚀清洗可有效提高铝涂层2和样品盘1之间的附着力。

c、冷却至室温后从真空室内取出，制得制备脆硬金属微球涂层样品盘。

对上述本发明的制备脆硬金属微球涂层样品盘，当使用一段时间后，内表面涂层局部脱落碎裂出现碎渣时，为了实现翻新，以重复使用，本发明提供一种制备脆硬金属微球涂层样品盘的加工方法，包括以下步骤：

a、将使用过的制备脆硬金属微球涂层样品盘放入酸性或碱性溶液进行超声处理，使铝涂层2溶解，脆硬金属涂层随之脱落，获得干净的石英样品盘。

b、同上述加工方法的b步骤；

c、同上述加工方法的c步骤。

上述两种制备脆硬金属微球涂层样品盘的加工方法，实施成本低，易于制作备脆硬金属微球涂层的样品盘；且可以翻新，实现重复使用，极大改善微球表面脆硬金属涂层的表面质量。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种制备脆硬金属微球涂层样品盘及其加工方法，涉及微球涂层制备技术领域，解决现有样品盘内表面的涂层脱落产生碎渣，沾附到微球的表面，导致微球表面脆硬金属涂层的表面粗糙度增大的问题。本发明采用的技术方案是：样品盘的内表面呈曲面状，内表面呈粗糙状，内表面外侧顺次涂镀有铝涂层和石墨碳涂层。铝涂层可促使脆硬金属涂层应力弛豫释放；石墨碳涂层可增强脆硬金属与铝涂层之间的附着力，通过两种过渡层的共同作用，抑制脆硬金属涂层从石英样品盘内表面脱落碎裂，改善微球表面质量。样品盘加工方法采用离子束对样品盘内的表面进行表面刻蚀清洗处理，再分别溅射涂镀铝涂层和石墨碳涂层；此外，样品盘经简单处理加工后可重复使用。

技术研发人员：刘艳松;何智兵;何小珊;陈果;王涛;李朝阳;许华;李俊;谢春平
受保护的技术使用者：中国工程物理研究院激光聚变研究中心
技术研发日：2017.07.17
技术公布日：2017.09.29