一种银黑腔制造方法与流程

本发明属于惯性约束聚变靶制备领域，具体涉及一种银黑腔制造方法。

背景技术：

在间接驱动惯性约束聚变研究中，黑体辐射腔(简称：黑腔)为靶丸内爆提供高温、干净且均匀的辐射源。黑腔在惯性约束聚变研究领域中，称为黑体辐射腔，激光注入黑腔内，在腔壁材料的作用下转换为x光，x光辐照充满氘氚气体燃料的靶丸，氘氚气体燃料爆炸产生冲击波。

黑腔一般为由金属材料制成的空心腔体，直径一般为几百微米至几毫米，壁厚一般为几十微米，且在腔体上开有诊断孔与激光入射孔，黑腔材料常常采用au、u等高原子序数金属材料。银黑腔也是一种重要的黑体辐射腔，将高功率激光注入银黑腔，产生的高温辐射源能够驱动超声速冲击波，在实验室模拟各种天体物理现象。激光通过柱形黑腔转换成x光产生的柱形冲击波可以研究冲击波轨迹与状态方程或相关辐射的关联效应，激光通过球形黑腔转换成x光产生的球形冲击波可以研究流体不稳定性现象。而银作为腔壁材料其优点是材料密度低、硬度较好、激光-x光转换效率较高；另外，物理实验中一般需要对黑腔内部进行气体填充，当气压大于1atm的压强时，且腔壁材料厚度小于10μm时，au、u等常用的腔壁材料难以承受高的压强而被损坏。银黑腔在壁厚约7μm左右时，仍有足够的强度而使黑腔不被破坏。文献(余波，尹传盛，孙传奎，等，单端驱动银球腔的激光能量耦合和分配，物理学报，vol.68，no.23(2019):235201)报道，制备银黑腔采用有机材料芯轴或铝芯轴，电镀银后腐蚀机材料芯轴或铝芯轴，获得银黑腔，但是，腐蚀铝芯轴时不易腐蚀干净，容易出现残留杂质，而且有机材料一般采用高温下压制成型，内部易出现空洞，如果空洞出现在加工后芯轴外表面，则会影响银腔质量。如何发展一种制备壁厚只要几微米至几十微米的银黑腔制备新技术是目前物理实验用靶制备面临的问题之一。

技术实现要素：

本发明是鉴于上述科学研究需求及生产现状，提供一种银黑腔的制造方法，为惯性约束聚变科学研究提供实验用靶。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种银黑腔制造方法，其特征在于，该方法包括步骤：

(1)采用纯锌棒料作原料，通过精密数控车削加工锌芯轴；

(2)采用物理气相沉积技术在锌芯轴表面沉积第一层银层；

(3)通过电镀技术在沉积第一层银层的锌芯轴表面电镀第二层银层；

(4)采用金刚石车削加工切断镀银芯轴左侧端面激光入射孔区域(3)的第一层银层及第二层银层、以及镀银芯轴右侧端面激光入射孔区域(4)的第一层银层及第二层银层，直至加工到锌芯轴为止；

(5)通过特种加工技术在镀银芯轴表面银镀层部分加工诊断孔，直至加工到锌芯轴为止；

(6)将加工完成的锌芯轴放置在hcl溶液中腐蚀，直至锌芯轴完全去除为止；

(7)通过丙酮、酒精等依次清洗银黑腔，获得内表面干净、芯轴完全去除，获得完整的银黑腔；

进一步，步骤(1)中，所述的精密数控车削为金刚石车削。

进一步，步骤(2)中，所述的物理气相沉积技术为磁控溅射或蒸镀。

进一步，步骤(5)中，所述的特种加工技术为电火花加工、激光加工技术等。

进一步，步骤(6)中，所述的hcl溶液浓度为5％～50％。

进一步，步骤(4)中，所述的第一层银层厚度小于2微米；

进一步，步骤(4)中，所述的第二层银层厚度20微米至200微米。

进一步，所述的银黑腔形状为回转体。

本发明的特点及优点：

1、通过精密数控车削加工技术，特别是金刚石车削技术能够获得表面粗糙度小于50nm的锌芯轴，芯轴的粗糙度与黑腔内表面的粗糙度基本一致；

2、通过盐酸与锌发生化学反应，而不与纯银发生化学反应的特点，可有效去除芯轴；

3、通过物理气相沉积技术在银芯轴表面沉积银层，可增加导电性能，使电镀银过程中银的附着性更好，同时，通过电镀制备银层相对物理气相沉积技术制备银层加工效率高及成本低。

附图说明

图1为本发明的银黑腔制备工艺流程图；

图2-1为本发明的银黑腔锌芯轴示意图；

图2-2为芯轴表面沉积第一层银镀层示意图；

图2-3为芯轴表面电镀第二层银镀层示意图；

图2-4为切断黑腔两端面激光入射孔区域银镀层示意图；

图2-5为镀银黑腔表面诊断孔加工示意图；

图3为本发明的银黑腔示意图；

图中，1.锌芯轴21.锌芯轴表面的第一层银层22.锌芯轴表面的第二层银层3.镀银芯轴左侧端面激光入射孔区域4.镀银芯轴右侧端面激光入射孔区域5.银黑腔表面诊断孔区域6.完整的银黑腔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

本发明的银黑腔制造方法包括步骤：

(1)采用纯锌棒料作原料，通过精密数控车削加工锌芯轴1；

(2)采用物理气相沉积技术在锌芯轴1表面沉积第一层银层。由于物理气相沉积效率低，制备第一层银层21厚度小于等于2微米，以增加导电性能，利于电镀工艺制备第二层银层22。

(3)通过电镀技术在沉积第一银层21的锌芯轴1表面电镀第二层银层21。本专利采用电镀技术进行镀银，这相对于物理气相沉积技术制备银镀层效率更高。

(4)采用金刚石车削加工切断镀银芯轴左侧端面激光入射孔区域3的第一层银层及第二层银层、以及镀银芯轴右侧端面激光入射孔区域4的第一层银层及第二层银层，直至加工到锌芯轴1为止，确保腐蚀后能够形成完整的银黑腔6；；

(5)通过激光加工、电火花加工等特种加工技术在镀有第一层银层21、第二层银层22的锌芯轴1表面的第一层银层21、第二层银层22部分加工诊断孔5，直至加工到锌芯轴1为止，腐蚀芯轴后能够获得完整的孔；

(6)将加工完成的锌芯轴1放置在hcl溶液中腐蚀，直至锌芯轴1完全去除为止，hcl溶液控制在5％-50％，防止浓度过高，在腐蚀；过程中由于温度升高，溶液中产生气泡，而造成银黑腔6破损。

(7)通过丙酮、酒精等依次清洗银黑腔6，获得内表面干净、芯轴完全去除，获得完整的银黑腔6。

进一步，步骤(1)中，所述的精密数控车削为金刚石车削。

进一步，步骤(2)中，所述的物理气相沉积技术为磁控溅射或蒸镀。

进一步，步骤(5)中，所述的特种加工技术为电火花加工、激光加工技术等没有宏观切削力的特种加工技术。

进一步，步骤(6)中，所述的hcl溶液浓度为5％～50％。

进一步，步骤(4)中，所述的第一层银层21厚度小于2微米；

进一步，步骤(4)中，所述的第二层银层22厚度20微米至200微米。

进一步，所述的银黑腔形状为圆柱形、圆锥形等回转体形状。

本发明的有益之处在于：本发明通过精密数控车削加工技术，能够获得表面粗糙度小于50nm的锌芯轴，芯轴的粗糙度与黑腔内表面的粗糙度基本一致；通过盐酸与锌芯轴发生化学反应而去除锌芯轴，而不与纯银发生化学反应的特点，可获得完整的银黑腔；通过物理气相沉积技术在银芯轴表面沉积银层，可增加导电性能，从而使电镀银过程中银的附着性更好。

实施例1

制备外径入射孔0.38mm，诊断孔直径300μm，壁厚10μm的银黑腔。其制备工艺过程如下：

(1)采用纯锌棒料作原料，通过金刚石车削加工锌芯轴1；

(2)采用磁控溅射技术在锌芯轴表面溅射约2μm厚度的第一层银层21；

(3)通过电镀技术在锌芯轴表面电镀厚度8μm的第二层银层22；

(4)采用金刚石车削加工切断镀银芯轴左侧端面激光入射孔区域3的第一层银层及第二层银层、以及镀银芯轴右侧端面激光入射孔区域4的第一层银层及第二层银层，直至加工到锌芯轴1为止，确保腐蚀后能够形成完整的银黑腔6；

(5)通过电火花加工技术在镀有第一层银层21、第二层银层22的锌芯轴1表面的第一层银层21、第二层银层22部分加工诊断孔5，直至加工到锌芯轴1为止，腐蚀芯轴后能够获得完整的孔；

(6)将加工完成的锌芯轴1放置在浓度10％的hcl溶液中腐蚀，直至锌芯轴1完全去除为止；

(7)通过丙酮、酒精等依次清洗银黑腔，获得内表面干净、芯轴完全去除，厚度10μm的银柱形黑腔6。

通过盐酸与锌芯轴发生化学反应而去除锌芯轴，而盐酸不与纯银发生化学反应的特点；以及锌的机械加工性能较好，可获得较好的表面粗糙度及形状精度；选择锌作为芯轴材料，可保证银黑腔内表面质量以及腐蚀后获得完整的内表面无芯轴材料残留物的完整的银黑腔；通过物理气相沉积技术在银芯轴表面沉积银层，可增加导电性能，从而使电镀银过程中银的附着性更好。