專利名稱：一種向金屬材料中引入氦的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及含氦金屬材料的制備技術(shù)，特別提供了一種采用真空鍍膜技術(shù)，向金屬材料中引入氦元素的方法。
背景技術(shù)：
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(yīng)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(shí)可達(dá)到幾個(gè)原子百分比。
核反應(yīng)方法是用高能α粒子入射發(fā)生核反應(yīng)，在材料中產(chǎn)生氦。這種方法在材料中造成比較大的結(jié)構(gòu)損傷，引入氦的劑量小，約為300×10-6/yr。
氚時(shí)效方法引入氦是指材料貯氚后，氚自然衰變產(chǎn)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(shí)驗(yàn)條件。如核反應(yīng)方法需要反應(yīng)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(duì)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(fèi)用也比較高。
對(duì)于聚變堆、快堆所用的堆壁結(jié)構(gòu)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(shù)對(duì)于上述特殊場(chǎng)合使用的材料研究十分必要。
發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種向金屬材料中引入氦的方法，該方法能夠?qū)⒑ぴ?離子)引入金屬單質(zhì)或合金中，尤其能夠引入高濃度氦元素，而且效率高，節(jié)省引入經(jīng)費(fèi)。
本發(fā)明提供了一種向金屬材料中引入氦的方法，采用濺射鍍膜技術(shù)，其特征在于在鍍膜的同時(shí)，向膜材表面注入低能氦離子束，離子束的能量低于1000eV。
采用本發(fā)明方法，通過(guò)對(duì)氦離子束流量和電壓的調(diào)控，氦濃度可以調(diào)整，并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(dòng)的材料等。
本發(fā)明向金屬材料中引入氦的方法，具有明顯得特點(diǎn)。
首先膜材的含氦量較高。膜材的含氦量最高可達(dá)到20％at。
其次，可以進(jìn)行無(wú)支撐膜材的制備，能夠直接對(duì)含氦膜材進(jìn)行透射電鏡分析等測(cè)試分析，使分析的結(jié)果更準(zhǔn)確。采用其它方法將材料引入氦后，由于含氦后材料非常脆，很難制備透射電鏡分析等用途的分析樣品，而且由于在制樣加工過(guò)程中有關(guān)氦的存在信息會(huì)發(fā)生變化。
第三，可以均勻引入氦。核反應(yīng)方法和離子注入方法引入的氦都是在材料的表層。氚時(shí)效方法主要針對(duì)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(guò)實(shí)施本發(fā)明的技術(shù)，較好地解決了向材料(膜材)中引入高濃度氦的問(wèn)題。與傳統(tǒng)方法相比，引入效率高，費(fèi)用少，氦含量高。


圖1為實(shí)施例1膜材的PBS(質(zhì)子背散射)譜線；圖2為比較例1膜材計(jì)算得到的PBS(質(zhì)子背散射)譜線。
圖3為改變離子束能量后得到的膜材氦含量。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1采用Ti材料為沉積材料，在300eV氦離子束能量下，制備含氦膜材。鍍膜時(shí)間為70分鐘。經(jīng)離子束分析，得到的氦-Ti膜材的PBS(質(zhì)子背散射)譜線如下。經(jīng)過(guò)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采用一種傳統(tǒng)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(shí)間2小時(shí)，注入深度越為0.5μm。將膜材進(jìn)行離子束分析，得到的PBS譜如圖2所示。經(jīng)過(guò)分析，其中氦含量約為0.52％at。
實(shí)施例2改變氦離子束能量，可以調(diào)整氦的引入量。在離子束能量為200eV時(shí)，氦的引入氦的平均含量達(dá)到18.3％at.，峰值濃度達(dá)到36.21％at.。
權(quán)利要求
1.一種向金屬材料中引入氦的方法，采用濺射鍍膜技術(shù)，其特征在于在鍍膜的同時(shí)，向膜材表面注入低能氦離子束，離子束的能量低于1000eV。
2.按照權(quán)利要求1所述向金屬材料中引入氦的方法，其特征在于氦離子束的流量是連續(xù)的。
3.按照權(quán)利要求1所述向金屬材料中引入氦的方法，其特征在于氦離子束的流量是脈動(dòng)的。
4.按照權(quán)利要求1、2、或3所述向金屬材料中引入氦的方法，其特征在于氦離子束的電壓是連續(xù)的。
5.按照權(quán)利要求1、2、或3所述向金屬材料中引入氦的方法，其特征在于氦離子束的電壓是脈沖的。
全文摘要
一種向金屬材料中引入氦的方法，采用濺射鍍膜技術(shù)，其特征在于在鍍膜的同時(shí)，向膜材表面注入低能氦離子束，離子束的能量低于1000eV。通過(guò)實(shí)施本發(fā)明的技術(shù)，較好地解決了向材料(膜材)中引入高濃度氦的問(wèn)題。與傳統(tǒng)方法相比，引入效率高，費(fèi)用少，氦含量高。
文檔編號(hào)C23C14/06GK1548573SQ0311169
公開(kāi)日2004年11月24日 申請(qǐng)日期2003年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月16日
發(fā)明者劉實(shí), 王隆保, 鄭華, 馬愛(ài)華, 于洪波, 王賢艷, 實(shí) 劉 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院金屬研究所