CN108994448A - 一种激光驱动飞片靶结构及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种激光驱动飞片靶结构及其制备方法，所述飞片靶包括依次设置的光学窗口层、烧蚀层和飞片层，所述烧蚀层设置在所述光学窗口层和所述飞片层之间，所述烧蚀层的材料为铝与镁、钛、锗中任意一种金属组成的二元合金，在光学窗口上先沉积合金薄膜材料作为飞片靶的烧蚀层，然后沉积或粘接单金属铝作为飞片层。本发明解决了传统铝飞片靶对激光能量利用率低的问题，有利于实现该技术的广泛使用。

Description

一种激光驱动飞片靶结构及其制备方法
技术领域
本发明属于激光驱动飞片技术领域，具体涉及一种激光驱动飞片靶结构及其制备方法。
背景技术
激光驱动飞片技术利用高能激光烧蚀沉积在光学窗口上的飞片靶材料，飞片靶被烧蚀部分(烧蚀层)材料在激光作用下发生急剧相变，产生高温高压等离子体，驱动剩余未被烧蚀部分(飞片层)材料形成高速飞片对外做功。该技术具有抗电磁干扰、响应迅速、时间控制精度高等优点，在含能材料起爆、金属箔板成型、空间碎片清除等领域具有广阔的应用前景。
激光驱动飞片技术中，飞片靶将吸收的激光能量转换为飞片动能，是换能的关键部件，其材料性质决定了产生等离子体的性能，进而影响飞片做功性能。目前最常用的飞片靶是单层铝膜，但单层膜烧蚀深度难以控制，且铝的激光吸收率较低，导致该结构飞片靶对激光能量的利用率不高。在单层铝膜前引入光吸收率较高的材料作为烧蚀层，可通过调节烧蚀层厚度有效控制烧蚀深度，提高飞片性能。金属合金可通过调节组分配比实现光吸收率的可控调制，从而提高飞片性能，将其作为飞片靶烧蚀层有利于促进该技术的广泛使用。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术缺点，提供一种激光驱动飞片靶结构及其制备方法，该方法解决了传统铝飞片靶对激光能量利用率低的问题，有利于实现该技术的广泛使用。
为了达到上述的技术效果，本发明采取以下技术方案：
本发明提供了一种激光驱动飞片靶结构，所述飞片靶包括依次设置的光学窗口层、烧蚀层和飞片层，所述烧蚀层设置在所述光学窗口层和所述飞片层之间，所述烧蚀层的材料为铝与镁、钛、锗中任意一种金属的二元合金。
进一步的，所述光学窗口层的材料为蓝宝石、K9玻璃、融石英玻璃中的任意一种。
进一步的，所述烧蚀层的光吸收率大于10％。
进一步的，所述飞片层的材料为金属铝，所述金属铝的纯度大于99％。
本发明还提供了一种激光驱动飞片靶结构的制备方法，具体为，在光学窗口层上沉积合金薄膜材料作为飞片靶的烧蚀层，然后在烧蚀层上沉积或粘接单金属铝作为飞片层，得到激光驱动飞片靶。
进一步的，所述烧蚀层的沉积方法选自物理气相沉积或化学气相沉积中，所述烧蚀层的厚度为10nm～4μm。
进一步的，所述飞片层的沉积方法为物理气相沉积、化学气相沉积、胶粘中的任意一种，所述飞片层的厚度为3μm～100μm。
下面对本发明做进一步的解释和说明，首先通过物理气相沉积或化学气相沉积的方法在光学窗口(蓝宝石、K9玻璃、融石英玻璃等)表面沉积10nm～4μm的合金薄膜材料作为飞片靶烧蚀层，然后在合金薄膜表面通过物理气相沉积、化学气相沉积或胶粘方法沉积或粘接3μm～100μm的金属铝作为飞片层。
本发明采用在铝飞片靶和光学窗口间沉积一层合金材料的方法，通过优化合金组分及配比，改善了飞片靶烧蚀层的光吸收性能，提高了飞片靶对激光能量的利用率，有望实现激光驱动飞片技术的广泛使用。
附图说明
图1为本发明提供的激光驱动飞片靶的结构示意图；
其中，1-光学窗口层，2-烧蚀层，3-飞片层；
图2为实施例1和对照例1中制备的蓝宝石/铝飞片靶(图a)和蓝宝石/铝钛合金/铝飞片靶(图b)的阴影成像照片；
图3为实施例2和对照例2中制备的K9/铝飞片靶(图a)和K9/铝镁合金/铝飞片靶(图b)的阴影成像照片。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。需强调的是，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本发明提供一种激光驱动飞片靶及其制备方法，本实施例选用蓝宝石作为光学窗口层的材料，采用磁控共溅射的方法在蓝宝石表面沉积铝钛合金薄膜，通过调节工作气压和铝靶、钛靶的溅射功率，其中工作气压为1Pa，金属铝靶和钛靶的溅射功率分别为47W和150W，制备得到厚度为50nm的烧蚀层，其中铝和钛的原子比为1:1，铝钛合金薄膜的光吸收率为66.6％，然后在铝钛合金薄膜表面磁控溅射金属铝飞片层，厚度为6μm，得到铝钛合金/铝飞片靶。
对照例1
选用蓝宝石作为光学窗口层的材料，采用磁控溅射的方法在蓝宝石表面沉积金属铝飞片层，厚度为6μm，得到铝飞片靶。
对上述制备的铝钛合金/铝飞片靶和铝飞片靶进行阴影照相，如图2所示，激光能量为80mJ，延迟时间分别为400、800、1300ns。与铝相比，增加铝钛合金薄膜的飞片靶在相同时刻下获得的飞片速度较快。
实施例2
本发明提供一种激光驱动飞片靶及其制备方法，本实施例选用K9玻璃作为光学窗口层的材料，采用磁控溅射的方法在K9玻璃表面沉积铝镁合金薄膜，制备得到厚度为1μm的烧蚀层，其中铝和镁的原子比为9:1，铝镁合金薄膜的光吸收率为18.6％，然后在铝镁合金薄膜表面粘接金属铝飞片层，厚度为15μm，得到铝镁合金/铝飞片靶。
对照例2
选用K9玻璃作为光学窗口层的材料，采用胶粘的方法在K9玻璃表面粘接铝飞片层，厚度为15μm，得到铝飞片靶。
对上述制备的铝镁合金/铝飞片靶和铝飞片靶进行阴影照相，如图3所示，激光能量为80mJ，延迟时间分别为400、1000、2000ns。与铝相比，增加铝镁合金薄膜的飞片靶在相同时刻下获得的飞片速度较快。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及等同物界定。

Claims (7)

1.一种激光驱动飞片靶结构，其特征在于，所述飞片靶包括依次设置的光学窗口层、烧蚀层和飞片层，所述烧蚀层设置在所述光学窗口层和所述飞片层之间，所述烧蚀层的材料为铝与镁、钛、锗中任意一种金属组成的二元合金。
2.根据权利要求1所述的飞片靶结构，其特征在于，所述光学窗口层的材料为蓝宝石、K9玻璃、融石英玻璃中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的飞片靶结构，其特征在于，所述烧蚀层的光吸收率大于10％。
4.根据权利要求1所述的飞片靶结构，其特征在于，所述飞片层的材料为金属铝，所述金属铝的纯度大于99％。
5.一种激光驱动飞片靶结构的制备方法，其特征在于，在光学窗口层上沉积合金薄膜材料作为飞片靶的烧蚀层，然后在烧蚀层上沉积或粘接单金属铝作为飞片层，得到激光驱动飞片靶。
6.根据权利要求5所述的激光驱动飞片靶结构的制备方法，其特征在于，所述烧蚀层的沉积方法选自物理气相沉积或化学气相沉积，所述烧蚀层的厚度为10nm～4μm。
7.根据权利要求5所述的激光驱动飞片靶结构的制备方法，其特征在于，所述飞片层的沉积方法为物理气相沉积、化学气相沉积、胶粘中的任意一种，所述飞片层的厚度为3μm～100μm。
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