本發(fā)明涉及中子管氚靶制備，尤其涉及一種多主元合金氚靶及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、在氘氚中子發(fā)生器中，一般使用高電壓加速后的氘核去轟擊氚靶，在發(fā)生氘氚核聚變后會產(chǎn)生高能中子。其中的核心部件氚靶會直接影響中子的產(chǎn)額、單色性甚至關(guān)系到中子管的工作時間。鈦靶具有良好的貯氚體積密度、極低的室溫平臺壓，因而成為迄今為止應(yīng)用最為廣泛的氚靶。但是，鈦靶存在一些較難解決的缺陷，如表面易氧化、固氦能力較差、活化流程復(fù)雜、高溫工況下的可靠性差等。多主元合金的晶格畸變效應(yīng)有利于提高合金的貯氚容量，遲滯擴(kuò)散效應(yīng)有利于抑制氦的擴(kuò)散和氦泡的長大，通過調(diào)控主元種類、與氫親合力較強(qiáng)主元和與氫親和力較弱的主元的比例可以獲得氫化動力學(xué)十分優(yōu)異的合金，同時兼?zhèn)淞己玫臒岱€(wěn)定性和極低的室溫平臺壓力。使用多主元合金靶材制備多主元合金氚靶具有良好的應(yīng)用前景。鑒于多主元合金優(yōu)異的固氦性能和具有潛在優(yōu)異的貯氚性能，在中子管氚靶領(lǐng)域有重要的應(yīng)用前景。并且，由于其組元中包含多種難熔金屬元素和晶格畸變特征，有望進(jìn)一步提升其靶材的耐溫度性能，提高多主元合金氚靶在高溫工況下的可靠性。多主元合金氚靶目前鮮有公開報(bào)道，主要是制備多主元氚靶時面臨著多主元合金組元的復(fù)雜性以及制備氚靶時工藝的繁雜性等技術(shù)瓶頸難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種多主元合金氚靶及其制備方法。

2、本發(fā)明提供了一種多主元合金氚靶，其特征在于，多主元合金氚靶的表達(dá)式為tiazrbacnbdbe，其中a、b、c、d及e分別表示各對應(yīng)組分的原子比例，a、b為可選擇的元素，也可不需要a、b元素，且0≤a≤100，0≤b≤100，0≤c≤100，0≤d≤100，0≤e≤100，a+b+c+d+e＝100，40≤a+b+c≤70，30≤d+e≤60；其中，a元素為sc、y、hf、v、ta之一；b元素為cr、mo、mn、fe、co、ni之一。

3、此外，本發(fā)明還提供一種多主元合金氚靶的制備方法，其特征在于，制備方法按以下步驟進(jìn)行：

4、s1：備多主元合金靶材

5、稱量包含ti、zr、nb三種元素或者包含ti、zr、nb三種元素以及a、b元素至少一種的高純金屬顆粒，其中，a元素為sc、y、hf、v、ta之一；b元素為cr、mo、mn、fe、co、ni之一；根據(jù)熔點(diǎn)由低到高的次序依次放置在電弧熔煉爐中進(jìn)行電弧熔煉，經(jīng)過三次以上的翻轉(zhuǎn)熔煉后獲得多主元合金靶材；

6、s2：磁控濺射法沉積多主元合金膜

7、固定多主元合金靶材，放置基片，調(diào)節(jié)基片溫度至基片目標(biāo)溫度，保持恒溫時間t，在磁控濺射設(shè)備腔室中通入高純氬氣，設(shè)置一定的氬氣流速，直流模式下設(shè)置濺射功率，啟輝完成預(yù)濺射后，開始磁控濺射；

8、s3：多主元合金膜充氚制備氚靶

9、s3.1：多主元合金膜真空除氣，將多主元合金膜從室溫升溫至除氣目標(biāo)溫度，升溫至除氣目標(biāo)溫度后保溫一定時間，步驟s3.1過程處于高真空狀態(tài)；

10、s3.2：保溫完成后的多主元合金膜充氚，通入一定壓力的氚氣，升溫至充氚目標(biāo)溫度，充氚至氚壓保持穩(wěn)定后，降溫至室溫，回收氚氣，完成多主元合金氚靶制備。

11、進(jìn)一步的，步驟s1中，ti、zr、a、nb及b合金顆粒的純度大于99.9％。

12、進(jìn)一步的，步驟s2中，基片目標(biāo)溫度區(qū)間為400至600℃，恒溫時間t為20至60min。

13、進(jìn)一步的，步驟s2中，高純氬氣純度大于99.9％。

14、進(jìn)一步的，步驟s3.1中，除氣目標(biāo)溫度區(qū)間為550至650℃，除氣過程真空度小于5×10-4pa。

15、進(jìn)一步，步驟s3.2中，充氚目標(biāo)溫度區(qū)間為500至650℃，氚壓范圍為10至25kpa。

16、本發(fā)明的原理及有益效果在于：

17、1.本發(fā)明提供了一種多主元合金氚靶，實(shí)現(xiàn)多主元合金氚靶的充氚量和物相結(jié)構(gòu)的調(diào)控。

18、2.本發(fā)明提供了一種多主元合金氚靶的制備方法，該方法采用磁控濺射的方法將多主元合金從多主元合金靶材中濺射到基片上，制備方法簡單有效。通過選擇與氫親和力高的主元ti、zr、hf、v、ca、sc、y、ta和與氫親和力差的元素的主元mo、nb、cr、mn、fe、co、ni，以及調(diào)控各主元的比例，實(shí)現(xiàn)了制備耐高溫性好且室溫下動力學(xué)十分優(yōu)異，同時兼?zhèn)淞己玫臒岱€(wěn)定性和極低的室溫平臺壓力，以及具備更高的固氦性能和高溫工況下更高可靠性的多主元合金氚靶。

技術(shù)特征：

1.一種多主元合金氚靶，其特征在于，多主元合金氚靶的表達(dá)式為tiazrbacnbdbe，其中a、b、c、d及e分別表示各對應(yīng)組分的原子比例，a、b為可選擇的元素，也可不需要a、b元素，且0≤a≤100，0≤b≤100，0≤c≤100，0≤d≤100，0≤e≤100，a+b+c+d+e＝100，40≤a+b+c≤70，30≤d+e≤60；其中，a元素為sc、y、hf、v、ta之一；b元素為cr、mo、mn、fe、co、ni之一。

2.一種多主元合金氚靶的制備方法，其特征在于，制備方法按以下步驟進(jìn)行：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多主元合金氚靶的制備方法，其特征在于，步驟s1中，ti、zr、a、nb及b合金顆粒的純度大于99.9％。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多主元合金氚靶的制備方法，其特征在于，步驟s2中，所述基片目標(biāo)溫度區(qū)間為400至600℃，恒溫時間t為20至60min。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多主元合金氚靶的制備方法，其特征在于，步驟s2中，高純氬氣純度大于99.9％。

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多主元合金氚靶的制備方法，其特征在于，步驟s3.1中，所述除氣目標(biāo)溫度區(qū)間為550至650℃，除氣過程真空度小于5×10-4pa。

7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多主元合金氚靶的制備方法，其特征在于，步驟s3.2中，所述充氚目標(biāo)溫度區(qū)間為500至650℃，氚壓范圍為10至25kpa。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種多主元合金氚靶及其制備方法，制備的多主元合金氚靶的成分為Ti<subgt;a</subgt;Zr<subgt;b</subgt;A<subgt;c</subgt;Nb<subgt;d</subgt;B<subgt;e</subgt;(0≤a≤100，0≤b≤100，0≤c≤100，0≤d≤100，0≤e≤100，a+b+c+d+e＝100，40≤a+b+c≤70，30≤d+e≤60；A：Sc、Y、Hf、V、Ta；B：Cr、Mo、Mn、Fe、Co、Ni)。其制備過程如下所述：制備多主元合金靶材、調(diào)控基片溫度、磁控濺射法沉積多主元合金膜、調(diào)控充氚溫度和氚氣壓力、多主元合金膜充氚制備出氚靶。本發(fā)明制備的多主元合金氚靶具有高貯氚容量、高氦包容性質(zhì)和高溫工況下更高的可靠性等優(yōu)異性質(zhì)，在石油測井中子管領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。

技術(shù)研發(fā)人員：申華海,張鑒瑋,彭述明,王維篤,李慕鴻,張偉光,周曉松
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國工程物理研究院核物理與化學(xué)研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2