一種縮短去除時間的速溶模芯及其使用方法
【專利摘要】一種縮短去除時間的速溶模芯及其使用方法，它涉及一種模芯及其使用方法。本發(fā)明的目的是要解決現(xiàn)有鋁模芯的去除時間長，致使NIF黑腔鈾層被腐蝕破壞的可能性增大，導致NIF黑腔制備過程中因脫模造成的失效率高的問題。一種縮短去除時間的速溶模芯由空腔模芯和支撐桿組成；所述支撐桿由桿體、參考面和外螺紋組成。使用方法：一、鍍層，得到鍍有含鈾黑腔涂層的空腔模芯；二、脫模，即得到含鈾黑腔。優(yōu)點：去除時間大大縮短，減少后加工及斷口防護層鍍制工序，提高生產(chǎn)效率。本發(fā)明主要提供一種速溶模芯，利用速溶模芯制備含鈾黑腔。
【專利說明】
一種縮短去除時間的速溶模芯及其使用方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種模芯及其使用方法。
【背景技術】
[0002]含U黑腔具有較高的能量增益，能夠降低點火對驅(qū)動器能量的要求、提高點火能量裕度、減輕對光學器件的燒蝕，被NIF點火冷凍靶實驗選用。但U的化學性質(zhì)極為活潑，氧化后將增加黑腔壁的電離熱容，導致其轉化效能顯著降低。傳統(tǒng)的鋁芯軸或銅芯軸已不再適用。為減少鈾層被氧化或氫脆的可能性，降低黑腔被過腐蝕的幾率，美國NIF含鈾點火黑腔研制過程中使用的是鋁銅復合芯軸(即在鋁模芯上制備厚度不小于5μπι的銅防護層)。制備的銅防護層在去除模芯過程中對黑腔涂層起到防護作用，不僅可防護NaOH溶液對黑腔涂層的腐蝕，還可防護生成的氫擴散進黑腔涂層造成的氫脆。
[0003]根據(jù)文獻及現(xiàn)有實驗數(shù)據(jù)，鋁模芯的去除時間約在18h?48h。由于含鈾黑腔內(nèi)防護層厚度只有500nm左右、外表面及斷口防護層厚度也只有ΙΟμπι?30μπι，而且都是“沉積巖”結構、不夠密實、難以避免缺陷，再加上腐蝕反應產(chǎn)生的氫氣等沖擊，如此長時間的脫模致使NIF黑腔鈾層被腐蝕破壞的可能性增大。NIF黑腔制備過程中因脫模造成的失效率高達40%。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是要解決現(xiàn)有鋁模芯的去除時間長，致使NIF黑腔鈾層被腐蝕破壞的可能性增大，導致NIF黑腔制備過程中因脫模造成的失效率高的問題，一種縮短去除時間的速溶模芯及其使用方法。
[0005]—種縮短去除時間的速溶模芯由空腔模芯和支撐桿組成;所述支撐桿由桿體、參考面和外螺紋組成;所述支撐桿的頂端加工成外螺紋，所述空腔模芯的內(nèi)腔加工成內(nèi)螺紋，使空腔模芯與支撐桿螺紋連接在一起;在支撐桿的桿體與外螺紋之間加工成參考面，保證參考面的直徑與空腔模芯的外徑相等。
[0006]—種縮短去除時間的速溶模芯的使用方法，具體是按以下步驟完成的:
[0007]—、鍍層:在縮短去除時間的速溶模芯支撐桿的參考面和空腔模芯表面采用磁控濺射的方法鍍制厚度為5μπι?12μπι的銅防護層，然后采用磁控濺射的方法在銅防護層上依次鍍制厚度為0.5μπι?0.7μπι的內(nèi)Au防護層和厚度為7μπι?8μπι的含U涂層，再在含U涂層表面采用磁控濺射與電鍍結合鍍制厚度為20μπι?30μπι的外Au防護層，然后將空腔模芯從支撐桿上取下，得到鍍有含鈾黑腔涂層的空腔模芯；
[0008]二、脫模:將鍍有含鈾黑腔涂層的空腔模芯浸入濃度為2mol/L?4mol/L的氫氧化鈉溶液中，浸泡6h?10h，取出后置于質(zhì)量分數(shù)為25%的硝酸溶液中，當無氣泡產(chǎn)生時立即取出，得到芯軸去除后的含鈾黑腔，利用去離子水清洗芯軸去除后的含鈾黑腔2?5次，再利用無水乙醇清洗2?3次，即得到含鈾黑腔。
[0009]本發(fā)明優(yōu)點:一、支撐桿為圓柱狀，支撐桿的頂端具有外螺紋，所述的空腔模芯為圓筒形，空腔模芯內(nèi)腔的內(nèi)螺紋與支撐桿頂端的外螺紋相配合，在含鈾黑腔制備過程中可起到穩(wěn)固夾持作用?？s短去除時間的速溶模芯的支撐桿可供鍍膜時夾持，完成黑腔涂層鍍制后拆卸支撐桿進行脫模，脫模時空腔模芯較之前的實心模芯質(zhì)量減少了約一半，脫模時裸露在腐蝕液中的面積可增加一倍。理論計算的去除時間縮短為實心模芯的1/4，雖然去除過程中因溶液流動性、釋放氣體占據(jù)裸露面積等因素會減緩去除速率，但實際去除時間仍大大縮短。二、間隙結構保證了黑腔自成型，相較于實心模芯，減少了后加工及斷口防護層鍍制工序，提高生產(chǎn)效率。
【附圖說明】
[0010]圖1是【具體實施方式】一所述的縮短去除時間的速溶模芯的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0011 ]【具體實施方式】一:結合圖1，本實施方式是一種縮短去除時間的速溶模芯，它由空腔模芯I和支撐桿2組成;所述支撐桿2由桿體2-1、參考面2-2和外螺紋組成;所述支撐桿2的頂端加工成外螺紋，所述空腔模芯I的內(nèi)腔加工成內(nèi)螺紋，使空腔模芯I與支撐桿2螺紋連接在一起;在支撐桿2的桿體2-1與外螺紋之間加工成參考面2-2，保證參考面2-2的直徑與空腔模芯I的外徑相等。
[0012]本實施方式所述的支撐桿2為圓柱狀，支撐桿2的頂端具有外螺紋，所述的空腔模芯I為圓筒形，空腔模芯I內(nèi)腔的內(nèi)螺紋與支撐桿2頂端的外螺紋相比配合，在含鈾黑腔制備過程中可起到穩(wěn)固夾持作用?？s短去除時間的速溶模芯的支撐桿2可供鍍膜時夾持，完成黑腔涂層鍍制后拆卸支撐桿2進行脫模，脫模時空腔模芯I較實心模芯質(zhì)量減少了約一半，脫模時裸露在腐蝕液中的面積可增加一倍。理論計算的去除時間縮短為實心模芯的1/4，雖然去除過程中因溶液流動性、釋放氣體占據(jù)裸露面積等因素會減緩去除速率，但實際去除時間仍大大縮短。
[0013]【具體實施方式】二:結合圖1，本實施方式與【具體實施方式】一的不同點是:所述的空腔模芯I與參考面2-2之間設有接觸間隙3，且所述的接觸間隙3寬度50μπι?I OOym。其他與【具體實施方式】一相同。
[0014]【具體實施方式】三:結合圖1，本實施方式與【具體實施方式】一或二之一不同點是:所述的空腔模芯I頂部與支撐桿外螺紋的頂部之間設有間隙4，且所述的間隙4寬度50μπι?100μπι。其他與【具體實施方式】一或二相同。
[0015]【具體實施方式】二和三設置接觸間隙3和間隙4的目的是便于將空腔模芯I從支撐桿2上取下。
[0016]【具體實施方式】四:結合圖1，本實施方式與【具體實施方式】一至三之一不同點是:所述的空腔模芯I為鋁制模芯材料或銅制模芯材料。其他與【具體實施方式】一至三相同。
[0017]【具體實施方式】五:結合圖1，本實施方式與【具體實施方式】一至四之一不同點是:所述支撐桿2的材質(zhì)與空腔模芯I的材質(zhì)相同。其他與【具體實施方式】一至四相同。
[0018]【具體實施方式】六:結合圖1，本實施方式與【具體實施方式】一至五之一不同點是:所述的空腔模芯I的外表面粗糙度不高于20nm。其他與【具體實施方式】一至五相同。
[0019]【具體實施方式】七:結合圖1，本實施方式與【具體實施方式】一至六之一不同點是:所述的參考面2-2表面的粗糙度不高于20nm。其他與【具體實施方式】一至六相同。
[0020]本實施方式中參考面2-2表面的精度要求與空腔模芯I相同，且由于除脫模外參考面2-2表面的涂層與含鈾黑腔涂層的制備經(jīng)歷相同，可利用參考面2-2采用多種測量技術對含鈾黑腔制備各個環(huán)節(jié)(Au襯里厚度、內(nèi)表面粗糙度和氧含量等)進行更精確表征，以及時發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品是否滿足設計需求。
[0021]【具體實施方式】八:結合圖1，本實施方式是一種縮短去除時間的速溶模芯的使用方法，具體是按以下步驟完成的:
[0022]—、鍍層:在縮短去除時間的速溶模芯支撐桿的參考面2-2和空腔模芯I表面采用磁控濺射的方法鍍制厚度為5μπι?ΙΟμπι的銅防護層，然后采用磁控濺射的方法在銅防護層上依次鍍制厚度為0.5μπι?0.7μπι的內(nèi)Au防護層和厚度為7μπι?8μπι的含U涂層，再在含U涂層表面采用磁控濺射與電鍍結合鍍制厚度為20μπι?30μπι的外Au防護層，然后將空腔模芯I從支撐桿2上取下，得到鍍含鈾黑腔涂層的空腔模芯；
[0023]二、脫模:將鍍含鈾黑腔涂層的空腔模芯浸入濃度為2mol/L?4mol/L的氫氧化鈉溶液中，浸泡6h?12h，取出后置于質(zhì)量分數(shù)為25%的硝酸溶液中，當無氣泡產(chǎn)生時立即取出，得到芯軸去除后的含鈾黑腔，利用去離子水清洗芯軸去除后的含鈾黑腔2?5次，再利用無水乙醇清洗2?3次，即得到含鈾黑腔。
[0024]【具體實施方式】九:本實施方式與【具體實施方式】八的不同點是:步驟一中所述的采用磁控濺射與電鍍結合鍍制厚度為20μπι?30μπι的外Au防護層具體操作方法如下，先采用磁控濺射的方法鍍制厚度為0.5μπι?2μπι的外Au防護層，然后采用電鍍方法繼續(xù)鍍制，至外Au防護層的厚度為20μηι?30μηι為止。其他與【具體實施方式】八相同。
[0025]采用下述試驗驗證本發(fā)明效果
[0026]實施例1:一種縮短去除時間的速溶模芯，它由空腔模芯I和支撐桿2組成;所述支撐桿2由桿體2-1、參考面2-2和外螺紋組成;所述支撐桿2的頂端加工成外螺紋，所述空腔模芯I的內(nèi)腔加工成內(nèi)螺紋，使空腔模芯I與支撐桿2螺紋連接在一起;在支撐桿2的桿體2-1與外螺紋之間加工成參考面2-2，保證參考面2-2的直徑與空腔模芯I的外徑相等。
[0027]本實施例所述的空腔模芯I與參考面2-2之間設有接觸間隙3，且所述的接觸間隙3寬度80μηι。
[0028]本實施例所述的空腔模芯I頂部與外螺紋的頂部之間設有間隙4，且所述的間隙4寬度70μηι。
[0029]本實施例所述的空腔模芯I為鋁制模芯材料;本實施例所述支撐桿2的材質(zhì)與空腔模芯I的材質(zhì)相同。
[0030]本實施例所述的空腔模芯I的外表面粗糙度為5nm?1nm;本實施例所述的參考面2-2表面的粗糙度為5nm?10nm。
[0031]實施例2:—種縮短去除時間的速溶模芯的使用方法，具體是按以下步驟完成的:
[0032]—、鍍層:在縮短去除時間的速溶模芯支撐桿的參考面2-2和空腔模芯I表面采用磁控濺射的方法鍍制厚度為8μπι的銅防護層，然后采用磁控濺射的方法在銅防護層上依次鍍制厚度為0.6μπι的內(nèi)Au防護層和厚度為8μπι的含U涂層，再在含U涂層表面采用磁控濺射與電鍍結合鍍制厚度為25μπι的外Au防護層，然后將空腔模芯I從支撐桿2上取下，得到鍍有含鈾黑腔涂層的空腔模芯；
[0033]二、脫模:將鍍有含鈾黑腔涂層的空腔模芯浸入濃度為3mol/L的氫氧化鈉溶液中，浸泡12h，取出后置于質(zhì)量分數(shù)為25%的硝酸溶液中，當無氣泡產(chǎn)生時立即取出，得到芯軸去除后的含鈾黑腔，利用去離子水清洗芯軸去除后的含鈾黑腔3次，再利用無水乙醇清洗2次，即得到含鈾黑腔。
[0034]本實施例步驟一中所述的采用磁控派射與電鍍結合鍍制厚度為25μηι的外Au防護層具體操作方法如下，先采用磁控濺射的方法鍍制厚度為0.8μπι的外Au防護層，然后采用電鍍方法繼續(xù)鍍制，至外Au防護層的厚度為25μπι為止。
[0035]本實施例步驟一中所述的縮短去除時間的速溶模芯由空腔模芯I和支撐桿2組成；所述支撐桿2由桿體2-1、參考面2-2和外螺紋組成;所述支撐桿2的頂端加工成外螺紋，所述空腔模芯I的內(nèi)腔加工成內(nèi)螺紋，使空腔模芯I與支撐桿2螺紋連接在一起;在支撐桿2的桿體2-1與外螺紋之間加工成參考面2-2，保證參考面2-2的直徑與空腔模芯I的外徑相等;所述的空腔模芯I與參考面2-2之間設有接觸間隙3，且所述的接觸間隙3寬度80μπι;所述的空腔模芯I頂部與外螺紋的頂部之間設有間隙4，且所述的間隙4寬度70μπι;所述的空腔模芯I為鋁制模芯材料;所述支撐桿2的材質(zhì)與空腔模芯I的材質(zhì)相同;所述的空腔模芯I的外表面粗糙度為5nm?1nm;所述的參考面2-2表面的粗糙度為5nm?1nm0
[0036]實施例2:對比試驗
[0037]一、鍍層:在實心模芯一端采用磁控濺射的方法鍍制厚度為8μπι的銅防護層，然后采用磁控濺射的方法在銅防護層上依次鍍制厚度為0.6μπι的內(nèi)Au防護層和厚度為8μπι的含U涂層，再在含U涂層表面采用磁控濺射與電鍍結合鍍制厚度為25μπι的外Au防護層，然后將實心模芯鍍膜的一端進行第一次切割，切割至接觸實心模芯為止，然后采用磁控濺射的方法在切口處鍍制Au防護層，然后在切口處Au防護層背離鍍膜的一側進行第二次切割，切斷實心模芯，得到鍍有含鈾黑腔涂層的實心模芯；
[0038]二、脫模:將鍍有含鈾黑腔涂層的實心模芯浸入濃度為3mol/L的氫氧化鈉溶液中，浸泡32h，取出后置于質(zhì)量分數(shù)為25%的硝酸溶液中，當無氣泡產(chǎn)生時立即取出，得到芯軸去除后的含鈾黑腔，利用去離子水清洗芯軸去除后的含鈾黑腔3次，再利用無水乙醇清洗2次，即得到含鈾黑腔。
[0039]本實施例步驟一中所述的采用磁控派射與電鍍結合鍍制厚度為25μηι的外Au防護層具體操作方法如下，先采用磁控濺射的方法鍍制厚度為0.8μπι的外Au防護層，然后采用電鍍方法繼續(xù)鍍制，至外Au防護層的厚度為25μπι為止。
[0040]通過實施例1與實施例2對比可知，一、實心模芯使用過程中在外Au防護層鍍制后需進行切割加工、斷口防護層鍍制、二次切割加工等工序后才能進行脫模，本發(fā)明避免了這些工序，大大提高了生產(chǎn)效率。二、實施例1的浸泡時間為12h，而實施例2的浸泡時間為32h，證明本發(fā)明縮短去除時間的速溶模芯使用過程中去除時間大大縮短。
【主權項】
1.一種縮短去除時間的速溶模芯，其特征在于縮短去除時間的速溶模芯由空腔模芯(I)和支撐桿(2)組成;所述支撐桿(2)由桿體(2-1)、參考面(2-2)和外螺紋組成;所述支撐桿(2)的頂端加工成外螺紋，所述空腔模芯(I)的內(nèi)腔加工成內(nèi)螺紋，使空腔模芯(I)與支撐桿(2)螺紋連接在一起;在支撐桿(2)的桿體(2-1)與外螺紋之間加工成參考面(2-2)，保證參考面(2-2)的直徑與空腔模芯(I)的外徑相等。2.根據(jù)權利要求1所述的一種縮短去除時間的速溶模芯，其特征在于所述的空腔模芯(I)與參考面(2-2)之間設有接觸間隙(3)，且所述的接觸間隙(3)寬度50μπι?I ΟΟμπι。3.根據(jù)權利要求1所述的一種縮短去除時間的速溶模芯，其特征在于所述的空腔模芯(I)頂部與外螺紋的頂部之間設有間隙(4)，且所述的接觸間隙(4)寬度50μπι?ΙΟΟμπι。4.根據(jù)權利要求1所述的一種縮短去除時間的速溶模芯，其特征在于所述的空腔模芯(I)為鋁制模芯材料或銅制模芯材料。5.根據(jù)權利要求4所述的一種縮短去除時間的速溶模芯，其特征在于所述支撐桿(2)的材質(zhì)與空腔模芯(I)的材質(zhì)相同。6.根據(jù)權利要求1所述的一種縮短去除時間的速溶模芯，其特征在于所述的空腔模芯(I)的外表面粗糙度不高于20nmo7.根據(jù)權利要求6所述的一種縮短去除時間的速溶模芯，其特征在于所述的參考面(2-2)表面的粗糙度不高于20nm。8.如權利要求1所述的一種縮短去除時間的速溶模芯的使用方法，其特征在于它是按以下步驟完成的: 一、鍍層:在縮短去除時間的速溶模芯支撐桿的參考面和空腔模芯表面采用磁控濺射的方法鍍制厚度為5μπι?ΙΟμπι的銅防護層，然后采用磁控濺射的方法在銅防護層上依次鍍制厚度為0.5μπι?0.7μπι的內(nèi)Au防護層和厚度為7μπι?8μπι的含U涂層，再在含U涂層表面采用磁控濺射與電鍍結合鍍制厚度為20μπι?30μπι的外Au防護層，然后將空腔模芯從支撐桿上取下，得到鍍有含鈾黑腔涂層的空腔模芯； 二、脫模:將鍍有含鈾黑腔涂層的空腔模芯浸入濃度為2mol/L?4mol/L的氫氧化鈉溶液中，浸泡6h?15h，取出后置于質(zhì)量分數(shù)為25%的硝酸溶液中，當無氣泡產(chǎn)生時立即取出，得到芯軸去除后的含鈾黑腔，利用去離子水清洗芯軸去除后的含鈾黑腔2?5次，再利用無水乙醇清洗2?3次，即得到含鈾黑腔。9.根據(jù)權利要求1所述的一種縮短去除時間的速溶模芯的使用方法，其特征在于步驟一中所述的采用磁控濺射與電鍍結合鍍制厚度為20μπι?30μπι的外Au防護層具體操作方法如下，先采用磁控濺射的方法鍍制厚度為0.5μπι?2μπι的外Au防護層，然后采用電鍍方法繼續(xù)鍍制，至外Au防護層的厚度為20μηι?30μηι為止。
【文檔編號】C23C14/16GK105951050SQ201610395234
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月6日
【發(fā)明人】邢丕峰, 趙利平, 柯博, 高莎莎, 楊蒙生, 李寧, 鄭鳳成, 易泰民, 李翠
【申請人】中國工程物理研究院激光聚變研究中心