一种缩短去除时间的速溶模芯及其使用方法
【专利摘要】一种缩短去除时间的速溶模芯及其使用方法，它涉及一种模芯及其使用方法。本发明的目的是要解决现有铝模芯的去除时间长，致使NIF黑腔铀层被腐蚀破坏的可能性增大，导致NIF黑腔制备过程中因脱模造成的失效率高的问题。一种缩短去除时间的速溶模芯由空腔模芯和支撑杆组成；所述支撑杆由杆体、参考面和外螺纹组成。使用方法：一、镀层，得到镀有含铀黑腔涂层的空腔模芯；二、脱模，即得到含铀黑腔。优点：去除时间大大缩短，减少后加工及断口防护层镀制工序，提高生产效率。本发明主要提供一种速溶模芯，利用速溶模芯制备含铀黑腔。
【专利说明】
一种缩短去除时间的速溶模芯及其使用方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种模芯及其使用方法。
【背景技术】
[0002]含U黑腔具有较高的能量增益，能够降低点火对驱动器能量的要求、提高点火能量裕度、减轻对光学器件的烧蚀，被NIF点火冷冻靶实验选用。但U的化学性质极为活泼，氧化后将增加黑腔壁的电离热容，导致其转化效能显著降低。传统的铝芯轴或铜芯轴已不再适用。为减少铀层被氧化或氢脆的可能性，降低黑腔被过腐蚀的几率，美国NIF含铀点火黑腔研制过程中使用的是铝铜复合芯轴(即在铝模芯上制备厚度不小于5μπι的铜防护层)。制备的铜防护层在去除模芯过程中对黑腔涂层起到防护作用，不仅可防护NaOH溶液对黑腔涂层的腐蚀，还可防护生成的氢扩散进黑腔涂层造成的氢脆。
[0003]根据文献及现有实验数据，铝模芯的去除时间约在18h?48h。由于含铀黑腔内防护层厚度只有500nm左右、外表面及断口防护层厚度也只有ΙΟμπι?30μπι，而且都是“沉积岩”结构、不够密实、难以避免缺陷，再加上腐蚀反应产生的氢气等冲击，如此长时间的脱模致使NIF黑腔铀层被腐蚀破坏的可能性增大。NIF黑腔制备过程中因脱模造成的失效率高达40%。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是要解决现有铝模芯的去除时间长，致使NIF黑腔铀层被腐蚀破坏的可能性增大，导致NIF黑腔制备过程中因脱模造成的失效率高的问题，一种缩短去除时间的速溶模芯及其使用方法。
[0005]—种缩短去除时间的速溶模芯由空腔模芯和支撑杆组成;所述支撑杆由杆体、参考面和外螺纹组成;所述支撑杆的顶端加工成外螺纹，所述空腔模芯的内腔加工成内螺纹，使空腔模芯与支撑杆螺纹连接在一起;在支撑杆的杆体与外螺纹之间加工成参考面，保证参考面的直径与空腔模芯的外径相等。
[0006]—种缩短去除时间的速溶模芯的使用方法，具体是按以下步骤完成的:
[0007]—、镀层:在缩短去除时间的速溶模芯支撑杆的参考面和空腔模芯表面采用磁控溅射的方法镀制厚度为5μπι?12μπι的铜防护层，然后采用磁控溅射的方法在铜防护层上依次镀制厚度为0.5μπι?0.7μπι的内Au防护层和厚度为7μπι?8μπι的含U涂层，再在含U涂层表面采用磁控溅射与电镀结合镀制厚度为20μπι?30μπι的外Au防护层，然后将空腔模芯从支撑杆上取下，得到镀有含铀黑腔涂层的空腔模芯；
[0008]二、脱模:将镀有含铀黑腔涂层的空腔模芯浸入浓度为2mol/L?4mol/L的氢氧化钠溶液中，浸泡6h?10h，取出后置于质量分数为25%的硝酸溶液中，当无气泡产生时立即取出，得到芯轴去除后的含铀黑腔，利用去离子水清洗芯轴去除后的含铀黑腔2?5次，再利用无水乙醇清洗2?3次，即得到含铀黑腔。
[0009]本发明优点:一、支撑杆为圆柱状，支撑杆的顶端具有外螺纹，所述的空腔模芯为圆筒形，空腔模芯内腔的内螺纹与支撑杆顶端的外螺纹相配合，在含铀黑腔制备过程中可起到稳固夹持作用。缩短去除时间的速溶模芯的支撑杆可供镀膜时夹持，完成黑腔涂层镀制后拆卸支撑杆进行脱模，脱模时空腔模芯较之前的实心模芯质量减少了约一半，脱模时裸露在腐蚀液中的面积可增加一倍。理论计算的去除时间缩短为实心模芯的1/4，虽然去除过程中因溶液流动性、释放气体占据裸露面积等因素会减缓去除速率，但实际去除时间仍大大缩短。二、间隙结构保证了黑腔自成型，相较于实心模芯，减少了后加工及断口防护层镀制工序，提高生产效率。
【附图说明】
[0010]图1是【具体实施方式】一所述的缩短去除时间的速溶模芯的结构示意图。
【具体实施方式】
[0011 ]【具体实施方式】一:结合图1，本实施方式是一种缩短去除时间的速溶模芯，它由空腔模芯I和支撑杆2组成;所述支撑杆2由杆体2-1、参考面2-2和外螺纹组成;所述支撑杆2的顶端加工成外螺纹，所述空腔模芯I的内腔加工成内螺纹，使空腔模芯I与支撑杆2螺纹连接在一起;在支撑杆2的杆体2-1与外螺纹之间加工成参考面2-2，保证参考面2-2的直径与空腔模芯I的外径相等。
[0012]本实施方式所述的支撑杆2为圆柱状，支撑杆2的顶端具有外螺纹，所述的空腔模芯I为圆筒形，空腔模芯I内腔的内螺纹与支撑杆2顶端的外螺纹相比配合，在含铀黑腔制备过程中可起到稳固夹持作用。缩短去除时间的速溶模芯的支撑杆2可供镀膜时夹持，完成黑腔涂层镀制后拆卸支撑杆2进行脱模，脱模时空腔模芯I较实心模芯质量减少了约一半，脱模时裸露在腐蚀液中的面积可增加一倍。理论计算的去除时间缩短为实心模芯的1/4，虽然去除过程中因溶液流动性、释放气体占据裸露面积等因素会减缓去除速率，但实际去除时间仍大大缩短。
[0013]【具体实施方式】二:结合图1，本实施方式与【具体实施方式】一的不同点是:所述的空腔模芯I与参考面2-2之间设有接触间隙3，且所述的接触间隙3宽度50μπι?I OOym。其他与【具体实施方式】一相同。
[0014]【具体实施方式】三:结合图1，本实施方式与【具体实施方式】一或二之一不同点是:所述的空腔模芯I顶部与支撑杆外螺纹的顶部之间设有间隙4，且所述的间隙4宽度50μπι?100μπι。其他与【具体实施方式】一或二相同。
[0015]【具体实施方式】二和三设置接触间隙3和间隙4的目的是便于将空腔模芯I从支撑杆2上取下。
[0016]【具体实施方式】四:结合图1，本实施方式与【具体实施方式】一至三之一不同点是:所述的空腔模芯I为铝制模芯材料或铜制模芯材料。其他与【具体实施方式】一至三相同。
[0017]【具体实施方式】五:结合图1，本实施方式与【具体实施方式】一至四之一不同点是:所述支撑杆2的材质与空腔模芯I的材质相同。其他与【具体实施方式】一至四相同。
[0018]【具体实施方式】六:结合图1，本实施方式与【具体实施方式】一至五之一不同点是:所述的空腔模芯I的外表面粗糙度不高于20nm。其他与【具体实施方式】一至五相同。
[0019]【具体实施方式】七:结合图1，本实施方式与【具体实施方式】一至六之一不同点是:所述的参考面2-2表面的粗糙度不高于20nm。其他与【具体实施方式】一至六相同。
[0020]本实施方式中参考面2-2表面的精度要求与空腔模芯I相同，且由于除脱模外参考面2-2表面的涂层与含铀黑腔涂层的制备经历相同，可利用参考面2-2采用多种测量技术对含铀黑腔制备各个环节(Au衬里厚度、内表面粗糙度和氧含量等)进行更精确表征，以及时发现产品是否满足设计需求。
[0021]【具体实施方式】八:结合图1，本实施方式是一种缩短去除时间的速溶模芯的使用方法，具体是按以下步骤完成的:
[0022]—、镀层:在缩短去除时间的速溶模芯支撑杆的参考面2-2和空腔模芯I表面采用磁控溅射的方法镀制厚度为5μπι?ΙΟμπι的铜防护层，然后采用磁控溅射的方法在铜防护层上依次镀制厚度为0.5μπι?0.7μπι的内Au防护层和厚度为7μπι?8μπι的含U涂层，再在含U涂层表面采用磁控溅射与电镀结合镀制厚度为20μπι?30μπι的外Au防护层，然后将空腔模芯I从支撑杆2上取下，得到镀含铀黑腔涂层的空腔模芯；
[0023]二、脱模:将镀含铀黑腔涂层的空腔模芯浸入浓度为2mol/L?4mol/L的氢氧化钠溶液中，浸泡6h?12h，取出后置于质量分数为25%的硝酸溶液中，当无气泡产生时立即取出，得到芯轴去除后的含铀黑腔，利用去离子水清洗芯轴去除后的含铀黑腔2?5次，再利用无水乙醇清洗2?3次，即得到含铀黑腔。
[0024]【具体实施方式】九:本实施方式与【具体实施方式】八的不同点是:步骤一中所述的采用磁控溅射与电镀结合镀制厚度为20μπι?30μπι的外Au防护层具体操作方法如下，先采用磁控溅射的方法镀制厚度为0.5μπι?2μπι的外Au防护层，然后采用电镀方法继续镀制，至外Au防护层的厚度为20μηι?30μηι为止。其他与【具体实施方式】八相同。
[0025]采用下述试验验证本发明效果
[0026]实施例1:一种缩短去除时间的速溶模芯，它由空腔模芯I和支撑杆2组成;所述支撑杆2由杆体2-1、参考面2-2和外螺纹组成;所述支撑杆2的顶端加工成外螺纹，所述空腔模芯I的内腔加工成内螺纹，使空腔模芯I与支撑杆2螺纹连接在一起;在支撑杆2的杆体2-1与外螺纹之间加工成参考面2-2，保证参考面2-2的直径与空腔模芯I的外径相等。
[0027]本实施例所述的空腔模芯I与参考面2-2之间设有接触间隙3，且所述的接触间隙3宽度80μηι。
[0028]本实施例所述的空腔模芯I顶部与外螺纹的顶部之间设有间隙4，且所述的间隙4宽度70μηι。
[0029]本实施例所述的空腔模芯I为铝制模芯材料;本实施例所述支撑杆2的材质与空腔模芯I的材质相同。
[0030]本实施例所述的空腔模芯I的外表面粗糙度为5nm?1nm;本实施例所述的参考面2-2表面的粗糙度为5nm?10nm。
[0031]实施例2:—种缩短去除时间的速溶模芯的使用方法，具体是按以下步骤完成的:
[0032]—、镀层:在缩短去除时间的速溶模芯支撑杆的参考面2-2和空腔模芯I表面采用磁控溅射的方法镀制厚度为8μπι的铜防护层，然后采用磁控溅射的方法在铜防护层上依次镀制厚度为0.6μπι的内Au防护层和厚度为8μπι的含U涂层，再在含U涂层表面采用磁控溅射与电镀结合镀制厚度为25μπι的外Au防护层，然后将空腔模芯I从支撑杆2上取下，得到镀有含铀黑腔涂层的空腔模芯；
[0033]二、脱模:将镀有含铀黑腔涂层的空腔模芯浸入浓度为3mol/L的氢氧化钠溶液中，浸泡12h，取出后置于质量分数为25%的硝酸溶液中，当无气泡产生时立即取出，得到芯轴去除后的含铀黑腔，利用去离子水清洗芯轴去除后的含铀黑腔3次，再利用无水乙醇清洗2次，即得到含铀黑腔。
[0034]本实施例步骤一中所述的采用磁控派射与电镀结合镀制厚度为25μηι的外Au防护层具体操作方法如下，先采用磁控溅射的方法镀制厚度为0.8μπι的外Au防护层，然后采用电镀方法继续镀制，至外Au防护层的厚度为25μπι为止。
[0035]本实施例步骤一中所述的缩短去除时间的速溶模芯由空腔模芯I和支撑杆2组成；所述支撑杆2由杆体2-1、参考面2-2和外螺纹组成;所述支撑杆2的顶端加工成外螺纹，所述空腔模芯I的内腔加工成内螺纹，使空腔模芯I与支撑杆2螺纹连接在一起;在支撑杆2的杆体2-1与外螺纹之间加工成参考面2-2，保证参考面2-2的直径与空腔模芯I的外径相等;所述的空腔模芯I与参考面2-2之间设有接触间隙3，且所述的接触间隙3宽度80μπι;所述的空腔模芯I顶部与外螺纹的顶部之间设有间隙4，且所述的间隙4宽度70μπι;所述的空腔模芯I为铝制模芯材料;所述支撑杆2的材质与空腔模芯I的材质相同;所述的空腔模芯I的外表面粗糙度为5nm?1nm;所述的参考面2-2表面的粗糙度为5nm?1nm0
[0036]实施例2:对比试验
[0037]一、镀层:在实心模芯一端采用磁控溅射的方法镀制厚度为8μπι的铜防护层，然后采用磁控溅射的方法在铜防护层上依次镀制厚度为0.6μπι的内Au防护层和厚度为8μπι的含U涂层，再在含U涂层表面采用磁控溅射与电镀结合镀制厚度为25μπι的外Au防护层，然后将实心模芯镀膜的一端进行第一次切割，切割至接触实心模芯为止，然后采用磁控溅射的方法在切口处镀制Au防护层，然后在切口处Au防护层背离镀膜的一侧进行第二次切割，切断实心模芯，得到镀有含铀黑腔涂层的实心模芯；
[0038]二、脱模:将镀有含铀黑腔涂层的实心模芯浸入浓度为3mol/L的氢氧化钠溶液中，浸泡32h，取出后置于质量分数为25%的硝酸溶液中，当无气泡产生时立即取出，得到芯轴去除后的含铀黑腔，利用去离子水清洗芯轴去除后的含铀黑腔3次，再利用无水乙醇清洗2次，即得到含铀黑腔。
[0039]本实施例步骤一中所述的采用磁控派射与电镀结合镀制厚度为25μηι的外Au防护层具体操作方法如下，先采用磁控溅射的方法镀制厚度为0.8μπι的外Au防护层，然后采用电镀方法继续镀制，至外Au防护层的厚度为25μπι为止。
[0040]通过实施例1与实施例2对比可知，一、实心模芯使用过程中在外Au防护层镀制后需进行切割加工、断口防护层镀制、二次切割加工等工序后才能进行脱模，本发明避免了这些工序，大大提高了生产效率。二、实施例1的浸泡时间为12h，而实施例2的浸泡时间为32h，证明本发明缩短去除时间的速溶模芯使用过程中去除时间大大缩短。
【主权项】
1.一种缩短去除时间的速溶模芯，其特征在于缩短去除时间的速溶模芯由空腔模芯(I)和支撑杆(2)组成;所述支撑杆(2)由杆体(2-1)、参考面(2-2)和外螺纹组成;所述支撑杆(2)的顶端加工成外螺纹，所述空腔模芯(I)的内腔加工成内螺纹，使空腔模芯(I)与支撑杆(2)螺纹连接在一起;在支撑杆(2)的杆体(2-1)与外螺纹之间加工成参考面(2-2)，保证参考面(2-2)的直径与空腔模芯(I)的外径相等。2.根据权利要求1所述的一种缩短去除时间的速溶模芯，其特征在于所述的空腔模芯(I)与参考面(2-2)之间设有接触间隙(3)，且所述的接触间隙(3)宽度50μπι?I ΟΟμπι。3.根据权利要求1所述的一种缩短去除时间的速溶模芯，其特征在于所述的空腔模芯(I)顶部与外螺纹的顶部之间设有间隙(4)，且所述的接触间隙(4)宽度50μπι?ΙΟΟμπι。4.根据权利要求1所述的一种缩短去除时间的速溶模芯，其特征在于所述的空腔模芯(I)为铝制模芯材料或铜制模芯材料。5.根据权利要求4所述的一种缩短去除时间的速溶模芯，其特征在于所述支撑杆(2)的材质与空腔模芯(I)的材质相同。6.根据权利要求1所述的一种缩短去除时间的速溶模芯，其特征在于所述的空腔模芯(I)的外表面粗糙度不高于20nmo7.根据权利要求6所述的一种缩短去除时间的速溶模芯，其特征在于所述的参考面(2-2)表面的粗糙度不高于20nm。8.如权利要求1所述的一种缩短去除时间的速溶模芯的使用方法，其特征在于它是按以下步骤完成的: 一、镀层:在缩短去除时间的速溶模芯支撑杆的参考面和空腔模芯表面采用磁控溅射的方法镀制厚度为5μπι?ΙΟμπι的铜防护层，然后采用磁控溅射的方法在铜防护层上依次镀制厚度为0.5μπι?0.7μπι的内Au防护层和厚度为7μπι?8μπι的含U涂层，再在含U涂层表面采用磁控溅射与电镀结合镀制厚度为20μπι?30μπι的外Au防护层，然后将空腔模芯从支撑杆上取下，得到镀有含铀黑腔涂层的空腔模芯； 二、脱模:将镀有含铀黑腔涂层的空腔模芯浸入浓度为2mol/L?4mol/L的氢氧化钠溶液中，浸泡6h?15h，取出后置于质量分数为25%的硝酸溶液中，当无气泡产生时立即取出，得到芯轴去除后的含铀黑腔，利用去离子水清洗芯轴去除后的含铀黑腔2?5次，再利用无水乙醇清洗2?3次，即得到含铀黑腔。9.根据权利要求1所述的一种缩短去除时间的速溶模芯的使用方法，其特征在于步骤一中所述的采用磁控溅射与电镀结合镀制厚度为20μπι?30μπι的外Au防护层具体操作方法如下，先采用磁控溅射的方法镀制厚度为0.5μπι?2μπι的外Au防护层，然后采用电镀方法继续镀制，至外Au防护层的厚度为20μηι?30μηι为止。
【文档编号】C23C14/16GK105951050SQ201610395234
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年6月6日
【发明人】邢丕峰, 赵利平, 柯博, 高莎莎, 杨蒙生, 李宁, 郑凤成, 易泰民, 李翠
【申请人】中国工程物理研究院激光聚变研究中心