一種向金屬材料中引入氦的方法
2023-06-04 14:08:11 3
專利名稱：一種向金屬材料中引入氦的方法
技術領域：
本發明涉及含氦金屬材料的製備技術，特別提供了一種採用真空鍍膜技術，向金屬材料中引入氦元素的方法。
背景技術：
常用的向金屬材料中引入氦元素的方法有3種，即離子注入方法、核反應方法(n，α)和貯氚老化方法。
離子注入方法是，將氦離子以很高的能量注入到一定深度的金屬材料表層。這種方法注入的氦不均勻分布，沿深度有濃度峰值。這種方法注入的氦劑量高，每小時可達到幾個原子百分比。
核反應方法是用高能α粒子入射發生核反應，在材料中產生氦。這種方法在材料中造成比較大的結構損傷，引入氦的劑量小，約為300×10-6/yr。
氚時效方法引入氦是指材料貯氚後，氚自然衰變產生的氦。這種方法要求將氚引入材料中。該方法引入的劑量為100×10-6/d。
上述在材料中引入氦的方法都需要特殊的實驗條件。如核反應方法需要反應堆，注入方法需要加速器，氚老化方法需要使用氚，而且是針對貯氚材料。因此普通的研究單位不具備上述研究條件，而且引入的費用也比較高。
對於聚變堆、快堆所用的堆壁結構材料，以及貯氚材料的研究，都需要考核在含氦條件下材料的性能。因此氦引入技術對於上述特殊場合使用的材料研究十分必要。
發明的技術內容本發明的目的在於提供一種向金屬材料中引入氦的方法，該方法能夠將氦原子(離子)引入金屬單質或合金中，尤其能夠引入高濃度氦元素，而且效率高，節省引入經費。
本發明提供了一種向金屬材料中引入氦的方法，採用濺射鍍膜技術，其特徵在於在鍍膜的同時，向膜材表面注入低能氦離子束，離子束的能量低於1000eV。
採用本發明方法，通過對氦離子束流量和電壓的調控，氦濃度可以調整，並且可以獲得各種含氦的材料，如梯度遞增或遞減的材料，脈動的材料等。
本發明向金屬材料中引入氦的方法，具有明顯得特點。
首先膜材的含氦量較高。膜材的含氦量最高可達到20％at。
其次，可以進行無支撐膜材的製備，能夠直接對含氦膜材進行透射電鏡分析等測試分析，使分析的結果更準確。採用其它方法將材料引入氦後，由於含氦後材料非常脆，很難製備透射電鏡分析等用途的分析樣品，而且由於在制樣加工過程中有關氦的存在信息會發生變化。
第三，可以均勻引入氦。核反應方法和離子注入方法引入的氦都是在材料的表層。氚時效方法主要針對貯氚材料。因此本方法是不受材料限制的能夠在材料中均勻引入氦的方法。
總之，通過實施本發明的技術，較好地解決了向材料(膜材)中引入高濃度氦的問題。與傳統方法相比，引入效率高，費用少，氦含量高。
圖1為實施例1膜材的PBS(質子背散射)譜線；圖2為比較例1膜材計算得到的PBS(質子背散射)譜線。
圖3為改變離子束能量後得到的膜材氦含量。
具體實施例方式實施例1採用Ti材料為沉積材料，在300eV氦離子束能量下，製備含氦膜材。鍍膜時間為70分鐘。經離子束分析，得到的氦-Ti膜材的PBS(質子背散射)譜線如下。經過分析，材料中的平均氦含量為2.62％at，峰值氦含量為6.90％at.
比較例1採用一種傳統方法，即氦離子注入的方法向Ti膜材注入了1×1017atm/cm2氦原子，能量為40KeV，用時間2小時，注入深度越為0.5μm。將膜材進行離子束分析，得到的PBS譜如圖2所示。經過分析，其中氦含量約為0.52％at。
實施例2改變氦離子束能量，可以調整氦的引入量。在離子束能量為200eV時，氦的引入氦的平均含量達到18.3％at.，峰值濃度達到36.21％at.。
權利要求
1.一種向金屬材料中引入氦的方法，採用濺射鍍膜技術，其特徵在於在鍍膜的同時，向膜材表面注入低能氦離子束，離子束的能量低於1000eV。
2.按照權利要求1所述向金屬材料中引入氦的方法，其特徵在於氦離子束的流量是連續的。
3.按照權利要求1所述向金屬材料中引入氦的方法，其特徵在於氦離子束的流量是脈動的。
4.按照權利要求1、2、或3所述向金屬材料中引入氦的方法，其特徵在於氦離子束的電壓是連續的。
5.按照權利要求1、2、或3所述向金屬材料中引入氦的方法，其特徵在於氦離子束的電壓是脈衝的。
全文摘要
一種向金屬材料中引入氦的方法，採用濺射鍍膜技術，其特徵在於在鍍膜的同時，向膜材表面注入低能氦離子束，離子束的能量低於1000eV。通過實施本發明的技術，較好地解決了向材料(膜材)中引入高濃度氦的問題。與傳統方法相比，引入效率高，費用少，氦含量高。
文檔編號C23C14/06GK1548573SQ0311169
公開日2004年11月24日 申請日期2003年5月16日 優先權日2003年5月16日
發明者劉實, 王隆保, 鄭華, 馬愛華, 於洪波, 王賢豔, 實 劉 申請人:中國科學院金屬研究所