CN113699425A - 非蒸散型四元Ti-Zr-V-Cu真空吸气剂薄膜及其制备方法 - Google Patents

非蒸散型四元Ti-Zr-V-Cu真空吸气剂薄膜及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113699425A
CN113699425A CN202111014293.5A CN202111014293A CN113699425A CN 113699425 A CN113699425 A CN 113699425A CN 202111014293 A CN202111014293 A CN 202111014293A CN 113699425 A CN113699425 A CN 113699425A
Authority
CN
China
Prior art keywords
quaternary
evaporable
vacuum
film
getter film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202111014293.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113699425B (zh
Inventor
王思慧
朱邦乐
尉伟
王勇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Science and Technology of China USTC
Original Assignee
University of Science and Technology of China USTC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Science and Technology of China USTC filed Critical University of Science and Technology of China USTC
Priority to CN202111014293.5A priority Critical patent/CN113699425B/zh
Publication of CN113699425A publication Critical patent/CN113699425A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113699425B publication Critical patent/CN113699425B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C30/00—Alloys containing less than 50% by weight of each constituent
    • C22C30/02—Alloys containing less than 50% by weight of each constituent containing copper
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • B01J20/0203—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising compounds of metals not provided for in B01J20/04
    • B01J20/0211—Compounds of Ti, Zr, Hf
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • B01J20/0203—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising compounds of metals not provided for in B01J20/04
    • B01J20/0214—Compounds of V, Nb, Ta
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • B01J20/0203—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising compounds of metals not provided for in B01J20/04
    • B01J20/0233—Compounds of Cu, Ag, Au
    • B01J20/0237—Compounds of Cu
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/28—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
    • B01J20/28014—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their form
    • B01J20/28033—Membrane, sheet, cloth, pad, lamellar or mat
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/14—Metallic material, boron or silicon
    • C23C14/16—Metallic material, boron or silicon on metallic substrates or on substrates of boron or silicon
    • C23C14/165—Metallic material, boron or silicon on metallic substrates or on substrates of boron or silicon by cathodic sputtering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C23C14/3485—Sputtering using pulsed power to the target
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C23C14/35—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Particle Accelerators (AREA)
  • Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)

Abstract

本发明公开了一种非蒸散型四元Ti‑Zr‑V‑Cu真空吸气剂薄膜及其制备方法。非蒸散型四元Ti‑Zr‑V‑Cu真空吸气剂薄膜包括如下原子百分比组分：钛：20～35％；锆：20～35％；钒：20～35％；铜：2.0～8.0％；余量为杂质。非蒸散型四元Ti‑Zr‑V‑Cu真空吸气剂薄膜的制备方法包括如下步骤：在基体材料上采用磁控溅射方法沉积形成Ti、Zr、V、Cu四种元素的致密层薄膜。上述非蒸散型四元Ti‑Zr‑V‑Cu真空吸气剂薄膜，Cu元素的加入是导致该薄膜具有较低电阻率，薄膜激活温度<180℃，真空阻抗低，能够满足同步辐射光源应用需求。

Description

非蒸散型四元Ti-Zr-V-Cu真空吸气剂薄膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及化学、冶金技术领域，特别是涉及一种非蒸散型四元Ti-Zr-V-Cu真空吸气剂薄膜及其制备方法。
背景技术
基于电子储存环的同步辐射光源经历了三代发展，已成为20世纪基础科学研究领域应用最为广泛的高性能X射线源。随着科学界对更低发射度、更高亮度、更高相干性的X射线的需求，以及衍射极限同步辐射装置设计理论与方法的突破，紧致型的多弯铁消色散(Multi-bend Achromat,MBA)结构设计方案逐渐成熟，设计与建造具有超低束流发射度、高亮度和高空间相干性的储存环光源成为发展趋势。
目前，很多国家已经建成或正在建设衍射极限储存环光源，如瑞典MAX-Ⅳ、巴西Sirius、欧洲同步辐射光源升级装置(European Synchrotron Radiation Facility-Extremely Brilliant Source,ESRF-EBS)、美国先进光子源升级装置(Advanced PhotonSource-Upgrade,APS-U)、中国高能同步辐射光源(High Energy Photon Source,HEPS)等。为满足衍射极限装置束流品质及物理设计对磁场梯度的要求，所采用的四/六极磁铁的通径远小于传统加速器，因此需要采用小孔径真空室(MAX-IV真空室直径为22mm)。真空室内壁放气是气载的主要来源，尤其是在运行过程中，同步辐射光和高能粒子的轰击引起表面放气，造成较大的动态气载，以及真空室流导的限制，真空室的内部气压存在一定的纵向梯度分布。目前传统的加速器一般通过离散分布的真空泵实现超高真空的获得和维持，相邻真空泵间的压强呈抛物线式分布，如此会造成真空泵附近真空度较好，距真空泵较远处真空较差。细长管道分子流的流导正比于真空室直径的三次方，衍射极限储存环真空室孔径的减小会造成流导的降低，进一步增加了真空室的压强梯度。因此传统离散分布的真空泵很难满足衍射极限储存环对真空度的要求。
目前的解决方案是采用非蒸散型吸气剂(Non-evaporable getter，简称NEG)薄膜的分布式抽真空方案，激活后的NEG薄膜可以使真空室内壁由放气源变为具有吸气能力的真空泵，有效改善储存环内的真空分布，达到降低真空管道内压强梯度的目的。
通过改变靶材、薄膜组成和复合薄膜的研发，各研究机构已制备出多种具备更低激活温度、更好真空性能的新型NEG薄膜。为延长NEG薄膜的寿命，Benvenuti等人在2004年提出将Pd作为保护性薄膜镀在NEG薄膜的表面，保护NEG薄膜暴露于大气后不被氧化，同时Pd薄膜对氢气的粘附力很强，可以让氢气渗透到NEG薄膜，这样使NEG的使用寿命大大延长。2010年英国Daresbury实验室利用合金丝靶材制备出表面和内部成分均匀的TiZrV薄膜，发现其激活温度低于由扭制靶材丝制备的TiZrV薄膜，并且更适用于细长管道的TiZrV薄膜沉积。2014年Daresbury实验室首次提出四元合金TiZrHfV薄膜，其激活温度在150℃-160℃，相比于TiZrV薄膜，TiZrHfV薄膜具有更好的分布式吸气能力，在相同的激活温度，具有更高的抽速、吸附系数和饱和吸气容量。2018年日本的Miyazawa等人利用真空蒸发法设计了带有可旋转的feedthrough和挡板的双阴极丝靶镀Ti和Pb复合双层膜，将激活温度降低到133℃，并且提高了对H2的抽气能力。2012年张波、王勇等人将TiZrV薄膜沉积在不锈钢管道内壁上，测量其对CO和H2的抽速和吸气容量，以及不同温度激活后的二次电子产额和光致解吸产额等。2020年中国科学院高能物理研究所张志伟等人利用真空蒸发法镀Ti和Pb复合双层膜，将激活温度降低到100℃，激活24小时，H2的抽气能力提高两个量级。
TiZrV薄膜在加速器装置已获得不同规模的应用。SEAS Getter公司成功的将TiZrV薄膜镀在孔径小于6mm的真空管道内，为衍射极限储存环的细长真空管道镀膜提供了技术基础。目前已建好并投入运行的瑞典MAX-IV衍射极限储存环和正在建设的巴西SIRIUS的OFS铜真空室中TiZrV薄膜的使用率达到了100％，美国的APS-U也将部分使用镀TiZrV薄膜的真空室。
NEG薄膜材料的发展以及在真空中的应用，使衍射极限储存环的建设成为可能。但是NEG薄膜的固有特性是需要热激活，为吸附在薄膜表面的碳氧化物提供更高的扩散能量，使其向薄膜内部扩散，从而重新获得洁净表面，恢复薄膜的吸气能力。随着薄膜的吸气量增加，薄膜表面的空位逐渐被占据，抽速会逐渐下降，之后必须通过加热激活恢复薄膜的吸气性能，并且随着薄膜暴露大气与激活次数增多，其激活温度会逐渐升高，同时保温时长会逐渐延长，这又一定程度限制了它的实际应用。Benvenuti等人的研究表明，在激活25次后激活温度由200℃提高到350℃才能够达到初始激活后的吸气能力，这给衍射极限储存环光源真空室后期维护带来很大挑战。随着NEG薄膜暴露大气的次数的增多，激活温度将接近并超过真空管道的耐温极限，因此如何延长NEG薄膜的使用寿命已成为国内外各大实验室争相研究的课题。
除此之外，真空室材料的选取还应具备足够低的真空阻抗，以降低束流不稳定性的影响。束流集体效应是指粒子与粒子之间的相互作用(如散射、空间电荷效应)或粒子与真空管道之间的电磁相互作用(束流尾场)对束流的影响。束流集体效应会引起束流发射度增大、束流品质和寿命变差、能散增加等问题，甚至可能导致束流损失。束流集体效应的来源主要包括束流阻抗、残余气体离子和束内散射等。一般而言，束流阻抗随着真空管道孔径的减小而增大，纵向和横向阻抗分别正比于r-1和r-3(r为真空管道半径)，衍射极限储存环真空室内径大大减小，导致对束流阻抗的影响增加。束流阻抗主要源于衍射极限储存环中的非理想导体真空室及非光滑或非连续结构引起的束流电磁场的变化。衍射极限储存环真空室采用镀NEG薄膜，NEG薄膜造成真空管道的电阻壁阻抗增加，进而加剧尾场效应，导致局部功率沉积、发射度增长、能散增加、存在束流阈值等诸多问题。这意味着束流集体效应可能成为限制衍射极限储存环的束流流强及机器性能的重要因素。为实现衍射极限储存环光源的设计性能，需要对束流集体效应进行有效抑制，因此有必要研发一种新型导电真空吸气剂薄膜以降低真空阻抗。
综上所述，研制同时具备良好真空性能以及较低真空阻抗的新型导电吸气剂薄膜对于衍射极限储存环超高真空的实现十分必要。
发明内容
基于此，有必要提供一种能够保持薄膜具有较低激活温度的同时，降低薄膜电阻率，以满足同步辐射光源应用需求的非蒸散型四元Ti-Zr-V-Cu真空吸气剂薄膜及其制备方法。
一种非蒸散型四元Ti-Zr-V-Cu真空吸气剂薄膜，其包括如下原子百分比组分：
钛：20～35％；
锆：20～35％；
钒：20～35％；
铜：2.0～8.0％；
余量为杂质。
在其中一个实施例中，包括如下质量份组分：
钛：25～33％；
锆：25～33％；
钒：25～33％；
铜：2.0～8.0％；
余量为杂质。
在其中一个实施例中，所述非蒸散型四元Ti-Zr-V-Cu真空吸气剂薄膜呈非晶态特征，表面致密无孔隙。
在其中一个实施例中，所述非蒸散型四元Ti-Zr-V-Cu真空吸气剂薄膜的平均厚度为1～3μm。
在其中一个实施例中，所述非蒸散型四元Ti-Zr-V-Cu真空吸气剂薄膜的平均表面粗糙度为6-7nm。
在其中一个实施例中，所述非蒸散型四元Ti-Zr-V-Cu真空吸气剂薄膜的电阻率≤0.03Ω·m。
一种所述的非蒸散型四元Ti-Zr-V-Cu真空吸气剂薄膜的制备方法，包括如下步骤：
在基体材料上采用磁控溅射方法沉积形成Ti、Zr、V、Cu四种元素的致密层薄膜。
在其中一个实施例中，所述磁控溅射方法中采用的靶材为Ti-Zr-V-Cu合金，所述靶材的纯度≥99.5％；溅射气体为Kr，采用脉冲直流溅射法法。
在其中一个实施例中，所述磁控溅射方法包括如下工艺：电流0.1～0.5A，工作压强5～15Pa，沉积时间10～20h，磁场电流强度100～200A。
在其中一个实施例中，所述基体材料为无氧铜OFC。
上述非蒸散型四元Ti-Zr-V-Cu真空吸气剂薄膜，Cu元素的加入是导致该薄膜具有较低电阻率，薄膜激活温度<180℃，真空阻抗低，能够满足同步辐射光源应用需求。
上述制备方法，采用磁控溅射的方法在无氧铜基体上沉积了非蒸散型四元Ti-Zr-V-Cu真空吸气剂薄膜。制备的非蒸散型四元Ti-Zr-V-Cu真空吸气剂薄膜呈现出非晶态特征，表面致密无孔隙。经过测量，该非蒸散型四元Ti-Zr-V-Cu真空吸气剂薄膜的电阻率≤0.03Ω·m，比同工艺制备的Ti-Zr-V三元合金薄膜的电阻率降低了一个数量级。该非蒸散型四元Ti-Zr-V-Cu真空吸气剂薄膜的初始激活温度为<180℃，与Ti-Vr-V三元合金薄膜相当，说明通过第四合金元素Cu的添加，在不增加薄膜激活温度的同时显著降低了其真空阻抗，满足同步辐射光源应用需求。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对本领域技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
为了更完整地理解本申请及其有益效果，下面将结合附图来进行说明。其中，在下面的描述中相同的附图标号表示相同部分。
图1为本发明实施例3所述的非蒸散型四元Ti-Zr-V-Cu真空吸气剂薄膜的化学成分的XPS分析示意图；其中横坐标为电子结合能，纵坐标为光电子的测量强度；
图2为本发明实施例3所述的非蒸散型四元Ti-Zr-V-Cu真空吸气剂薄膜的表面(a)及横截面微观组织特征(b)示意图；
图3为本发明实施例3所述的非蒸散型四元Ti-Zr-V-Cu真空吸气剂薄膜的的X射线衍射图谱分析图；其中横坐标为2θ，纵坐标为为X射线强度；
图4为本发明实施例3所述的非蒸散型四元Ti-Zr-V-Cu真空吸气剂薄膜与三元TiZrV薄膜的激活特性对比图；其中横坐标为激活温度，纵坐标为氧含量。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本申请实施例提供一种非蒸散型四元Ti-Zr-V-Cu真空吸气剂薄膜，以解决现有的真空吸气剂薄膜的真空阻抗高、束流不稳定性的问题。
本申请实施例提供的非蒸散型四元Ti-Zr-V-Cu真空吸气剂薄膜能够满足同步辐射光源应用需求。
示例性的，一种非蒸散型四元Ti-Zr-V-Cu真空吸气剂薄膜，其包括如下原子百分比组分：
钛：20～35％；
锆：20～35％；
钒：20～35％；
铜：2.0～8.0％；
余量为杂质。其中杂质主要包括氧和碳。
在一些实施例中，包括如下质量份组分：
钛：25～33％；
锆：25～33％；
钒：25～33％；
铜：2.0～8.0％；
余量为杂质。
在一些实施例中，所述非蒸散型四元Ti-Zr-V-Cu真空吸气剂薄膜呈非晶态特征，表面致密无孔隙。
在一些实施例中，所述非蒸散型四元Ti-Zr-V-Cu真空吸气剂薄膜的平均厚度为1～3μm。例如，在一个具体实施例中，非蒸散型四元Ti-Zr-V-Cu真空吸气剂薄膜的平均厚度为1μm，在另一个具体实施例中，非蒸散型四元Ti-Zr-V-Cu真空吸气剂薄膜的平均厚度为3μm。不难理解，非蒸散型四元Ti-Zr-V-Cu真空吸气剂薄膜的平均厚度还可以是1.1μm、1.2μm、1.5μm、2.1μm、2.5μm、2.8μm等。
在一些实施例中，所述非蒸散型四元Ti-Zr-V-Cu真空吸气剂薄膜的平均表面粗糙度为6-7nm。例如，在一个实施例中，非蒸散型四元Ti-Zr-V-Cu真空吸气剂薄膜的平均表面粗糙度为6.67nm。
在一些实施例中，所述非蒸散型四元Ti-Zr-V-Cu真空吸气剂薄膜的电阻率≤0.03Ω·m。
上述非蒸散型四元Ti-Zr-V-Cu真空吸气剂薄膜，Cu元素的加入是导致该薄膜具有较低电阻率，薄膜激活温度<180℃，真空阻抗低，能够满足同步辐射光源应用需求。
本发明另一个实施例还提供了一种非蒸散型四元Ti-Zr-V-Cu真空吸气剂薄膜的制备方法。
一种非蒸散型四元Ti-Zr-V-Cu真空吸气剂薄膜的制备方法，包括如下步骤：
在基体材料上采用磁控溅射方法沉积形成Ti、Zr、V、Cu四种元素的致密层薄膜。
在一些实施例中，非蒸散型四元Ti-Zr-V-Cu真空吸气剂薄膜的制备方法还包括如下方法：采用磁控溅射方法沉积之前，对基体材料进行等离子体清洗。
在一些实施例中，所述磁控溅射方法中采用的靶材为Ti-Zr-V-Cu合金，所述靶材的纯度≥99.5％；溅射气体为Kr，采用脉冲直流溅射法法。
在一些实施例中，所述磁控溅射方法包括如下工艺：电流0.1～0.5A，工作压强5～15Pa，沉积时间10～20h，磁场电流强度100～200A。
在一些实施例中，所述基体材料为无氧铜OFC。
上述制备方法，采用磁控溅射的方法在无氧铜基体上沉积了非蒸散型四元Ti-Zr-V-Cu真空吸气剂薄膜。制备的非蒸散型四元Ti-Zr-V-Cu真空吸气剂薄膜呈现出非晶态特征，表面致密无孔隙。经过测量，该非蒸散型四元Ti-Zr-V-Cu真空吸气剂薄膜的电阻率≤0.03Ω·m，比同工艺制备的Ti-Zr-V三元合金薄膜的电阻率降低了一个数量级。该非蒸散型四元Ti-Zr-V-Cu真空吸气剂薄膜的初始激活温度为<180℃，与Ti-Zr-V三元合金薄膜相当，说明通过第四合金元素Cu的添加，在不增加薄膜激活温度的同时显著降低了其真空阻抗，满足同步辐射光源应用需求。
实施例1
本实施例提供了非蒸散型四元Ti-Zr-V-Cu真空吸气剂薄膜的制备方法。
非蒸散型四元Ti-Zr-V-Cu真空吸气剂薄膜的制备方法，包括如下步骤：
在无氧铜OFC基体材料上采用磁控溅射方法沉积形成Ti、Zr、V、Cu四种元素的致密层薄膜。所述磁控溅射方法中采用的靶材为Ti-Zr-V-Cu合金，所述靶材的纯度≥99.5％；溅射气体为Kr，采用脉冲直流溅射法法。所述磁控溅射方法包括如下工艺：电流0.1A，工作压强15Pa，沉积时间10h，磁场电流强度200A。
实施例2
本实施例提供了非蒸散型四元Ti-Zr-V-Cu真空吸气剂薄膜的制备方法。
非蒸散型四元Ti-Zr-V-Cu真空吸气剂薄膜的制备方法，包括如下步骤：
在无氧铜OFC基体材料上采用磁控溅射方法沉积形成Ti、Zr、V、Cu四种元素的致密层薄膜。所述磁控溅射方法中采用的靶材为Ti-Zr-V-Cu合金，所述靶材的纯度≥99.5％；溅射气体为Kr，采用脉冲直流溅射法法。所述磁控溅射方法包括如下工艺：电流0.5A，工作压强5Pa，沉积时间20h，磁场电流强度100A。
实施例3
本实施例提供了非蒸散型四元Ti-Zr-V-Cu真空吸气剂薄膜的制备方法。
非蒸散型四元Ti-Zr-V-Cu真空吸气剂薄膜的制备方法，包括如下步骤：
在无氧铜OFC基体材料上采用磁控溅射方法沉积形成Ti、Zr、V、Cu四种元素的致密层薄膜。所述磁控溅射方法中采用的靶材为Ti-Zr-V-Cu合金，所述靶材的纯度≥99.5％；溅射气体为Kr，采用脉冲直流溅射法法。所述磁控溅射方法包括如下工艺：电流0.1A，工作压强10Pa，沉积时间15h，磁场电流强度150A。
对实施例3中制备得到的蒸散型四元Ti-Zr-V-Cu真空吸气剂薄膜主要的化学成分测试结果，测试结果如表1及图1所示，可见与传统近等原子比TiZrV合金相比，该四元合金薄膜中中含有一定量的Cu元素。Cu元素的加入是导致该薄膜具有较低电阻率的主要原因。
表1蒸散型四元Ti-Zr-V-Cu真空吸气剂薄膜化学成分的XPS分析(at.％)
Figure BDA0003239363690000111
对实施例3中制备得到的蒸散型四元Ti-Zr-V-Cu真空吸气剂薄膜的表面及横截面微观组织特征，参见图2所示，图2为本发明实施例3所述的非蒸散型四元Ti-Zr-V-Cu真空吸气剂薄膜的表面(a)及横截面微观组织特征(b)示意图。由图2可见，与传统的三元TiZrV薄膜相比，本发明的蒸散型四元Ti-Zr-V-Cu真空吸气剂薄膜具有较为致密的结构，降低了薄膜表面的孔隙率有利于减少孔隙边界对电子的散射，是本发明蒸散型四元Ti-Zr-V-Cu真空吸气剂薄膜具有较低电阻率的第二个重要原因。
对实施例3中制备得到的蒸散型四元Ti-Zr-V-Cu真空吸气剂薄膜进行X射线衍射图谱分析。参见图3所示，图3为本发明实施例3所述的非蒸散型四元Ti-Zr-V-Cu真空吸气剂薄膜的的X射线衍射图谱分析图。由图3可见，可以发现该蒸散型四元Ti-Zr-V-Cu真空吸气剂薄膜呈现出典型的非晶态特征，这有利于降低晶界的体积，减少晶界对电子的散射作用，是本发明蒸散型四元Ti-Zr-V-Cu真空吸气剂薄膜具有较低电阻率的第三个重要原因。
对实施例3中制备得到的蒸散型四元Ti-Zr-V-Cu真空吸气剂薄膜的表面电阻率进行测量，并将其与传统三元TiZrV薄膜的电阻率对比分析，结果如表2所示，发现本发明薄膜的电阻率显著降低。
表2蒸散型四元Ti-Zr-V-Cu真空吸气剂薄膜与三元TiZrV薄膜表面电阻率对比表
薄膜成分 表面电阻率(Ω·m)
Ti-Zr-V 0.456
Ti-Zr-V 0.461
Ti-Zr-V 0.463
Ti-Zr-V 0.459
Ti-Zr-V 0.462
Ti-Zr-V-Cu 29.8×10<sup>-3</sup>
Ti-Zr-V-Cu 30.1×10<sup>-3</sup>
Ti-Zr-V-Cu 30.3×10<sup>-3</sup>
Ti-Zr-V-Cu 30.1×10<sup>-3</sup>
Ti-Zr-V-Cu 30.2×10<sup>-3</sup>
激活温度是非蒸散型真空吸气剂薄膜的重要评价指标，为此采用变温XPS的方法对比分析了三元及四元合金的激活特性，结果如图4所示，图4为本发明实施例3所述的非蒸散型四元Ti-Zr-V-Cu真空吸气剂薄膜与三元TiZrV薄膜的激活特性对比图。由图4可知，表明本发明的蒸散型四元Ti-Zr-V-Cu真空吸气剂薄膜的激活温度与传统三元TiZrV薄膜的激活温度相当。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种非蒸散型四元Ti-Zr-V-Cu真空吸气剂薄膜，其特征在于，其包括如下原子百分比组分：
钛：20～35％；
锆：20～35％；
钒：20～35％；
铜：2.0～8.0％；
余量为杂质。
2.根据权利要求1所述的非蒸散型四元Ti-Zr-V-Cu真空吸气剂薄膜，其特征在于，包括如下质量份组分：
钛：25～33％；
锆：25～33％；
钒：25～33％；
铜：2.0～8.0％；
余量为杂质。
3.根据权利要求1所述的非蒸散型四元Ti-Zr-V-Cu真空吸气剂薄膜，其特征在于，所述非蒸散型四元Ti-Zr-V-Cu真空吸气剂薄膜呈非晶态特征，表面致密无孔隙。
4.根据权利要求1所述的非蒸散型四元Ti-Zr-V-Cu真空吸气剂薄膜，其特征在于，所述非蒸散型四元Ti-Zr-V-Cu真空吸气剂薄膜的平均厚度为1～3μm。
5.根据权利要求1所述的非蒸散型四元Ti-Zr-V-Cu真空吸气剂薄膜，其特征在于，所述非蒸散型四元Ti-Zr-V-Cu真空吸气剂薄膜的平均表面粗糙度为6-7nm。
6.根据权利要求1所述的非蒸散型四元Ti-Zr-V-Cu真空吸气剂薄膜，其特征在于，所述非蒸散型四元Ti-Zr-V-Cu真空吸气剂薄膜的电阻率≤0.03Ω·m。
7.一种权利要求1-6任意一项所述的非蒸散型四元Ti-Zr-V-Cu真空吸气剂薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
在基体材料上采用磁控溅射方法沉积形成Ti、Zr、V、Cu四种元素的致密层薄膜。
8.根据权利要求7所述的非蒸散型四元Ti-Zr-V-Cu真空吸气剂薄膜的制备方法，其特征在于，所述磁控溅射方法中采用的靶材为Ti-Zr-V-Cu合金，所述靶材的纯度≥99.5％；溅射气体为Kr，采用脉冲直流溅射法法。
9.根据权利要求8所述的非蒸散型四元Ti-Zr-V-Cu真空吸气剂薄膜的制备方法，其特征在于，所述磁控溅射方法包括如下工艺：电流0.1～0.5A，工作压强5～15Pa，沉积时间10～20h，磁场电流强度100～200A。
10.根据权利要求7-9任意一项所述的非蒸散型四元Ti-Zr-V-Cu真空吸气剂薄膜的制备方法，其特征在于，所述基体材料为无氧铜OFC。
CN202111014293.5A 2021-08-31 2021-08-31 非蒸散型四元Ti-Zr-V-Cu真空吸气剂薄膜及其制备方法 Active CN113699425B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111014293.5A CN113699425B (zh) 2021-08-31 2021-08-31 非蒸散型四元Ti-Zr-V-Cu真空吸气剂薄膜及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111014293.5A CN113699425B (zh) 2021-08-31 2021-08-31 非蒸散型四元Ti-Zr-V-Cu真空吸气剂薄膜及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113699425A true CN113699425A (zh) 2021-11-26
CN113699425B CN113699425B (zh) 2022-07-15

Family

ID=78658115

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111014293.5A Active CN113699425B (zh) 2021-08-31 2021-08-31 非蒸散型四元Ti-Zr-V-Cu真空吸气剂薄膜及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113699425B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114853353A (zh) * 2022-05-24 2022-08-05 沃米真玻科技(北京)有限公司 一种玻璃板及真空玻璃

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1380907A (zh) * 2000-05-30 2002-11-20 工程吸气公司 非蒸发性吸气合金
CN1846012A (zh) * 2003-11-14 2006-10-11 工程吸气公司 制造其工作需要非蒸散型吸气材料的器件的方法
CN106835024A (zh) * 2017-01-06 2017-06-13 苏州晶鼎鑫光电科技有限公司 一种制备非蒸散型薄膜吸气剂的方法
CN108249386A (zh) * 2018-01-23 2018-07-06 苏州大学 激活温度可控的非蒸散型薄膜吸气剂及其应用
CN108531877A (zh) * 2018-06-06 2018-09-14 中国科学院高能物理研究所 一种TiZrVHf四元吸气剂薄膜及其制备方法
CN111621671A (zh) * 2020-06-18 2020-09-04 南京哲玺太电子科技有限公司 锆系非蒸散型吸气剂及其制备方法与应用

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1380907A (zh) * 2000-05-30 2002-11-20 工程吸气公司 非蒸发性吸气合金
US20030007883A1 (en) * 2000-05-30 2003-01-09 Luca Toia Non-evaporable getter alloys
CN1846012A (zh) * 2003-11-14 2006-10-11 工程吸气公司 制造其工作需要非蒸散型吸气材料的器件的方法
CN106835024A (zh) * 2017-01-06 2017-06-13 苏州晶鼎鑫光电科技有限公司 一种制备非蒸散型薄膜吸气剂的方法
CN108249386A (zh) * 2018-01-23 2018-07-06 苏州大学 激活温度可控的非蒸散型薄膜吸气剂及其应用
CN108531877A (zh) * 2018-06-06 2018-09-14 中国科学院高能物理研究所 一种TiZrVHf四元吸气剂薄膜及其制备方法
CN111621671A (zh) * 2020-06-18 2020-09-04 南京哲玺太电子科技有限公司 锆系非蒸散型吸气剂及其制备方法与应用

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114853353A (zh) * 2022-05-24 2022-08-05 沃米真玻科技(北京)有限公司 一种玻璃板及真空玻璃

Also Published As

Publication number Publication date
CN113699425B (zh) 2022-07-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106374116B (zh) 一种燃料电池金属双极板上的高熵合金复合涂层和工艺
CN110055496B (zh) 一种在核用锆合金基底表面制备Cr涂层的制备工艺
CN101800318B (zh) 一种质子交换膜燃料电池用金属双极板及其制备方法
CN113699425B (zh) 非蒸散型四元Ti-Zr-V-Cu真空吸气剂薄膜及其制备方法
KR20110004399A (ko) 게터 펌프 및 이온 펌프를 포함하는 조합형 펌핑 시스템
WO2023284596A1 (zh) 高导电耐蚀长寿命max相固溶复合涂层、其制法与应用
KR20150076408A (ko) 고체산화물 연료전지용 공기극 집전체 및 이를 포함하는 고체산화물 연료전지
US11962016B2 (en) Film and preparation process
Chen et al. Nano-Cr2N dominated films with high conductivity and strong corrosion resistance for Ti bipolar plates
Malyshev et al. Electron-stimulated desorption from polished and vacuum fired 316LN stainless steel coated with Ti-Zr-Hf-V
CN108866496B (zh) 抗辐照损伤金属纳米晶/碳纳米管复合材料及其制备方法
JP2018006300A (ja) 燃料電池用金属セパレータ及びこれを用いた燃料電池
KR20140122114A (ko) 연료전지용 금속분리판 및 이의 제조방법
CN111477899B (zh) 一种用于燃料电池的导电耐蚀金属双极板及其制备方法
CN104681208B (zh) 一种提高纳米银薄膜导电性的方法
CN116575057A (zh) 改性多孔扩散层及其制备方法、电解池
CN110284112A (zh) 一种燃料电池双极板碳涂层多腔体沉积系统及其应用
CN115044869A (zh) 一种Cr掺杂ta-C导电耐蚀碳基薄膜及其制备方法和应用
Gou et al. Properties of NbC/а‐C: H films on titanium bipolar plates for proton exchange membrane fuel cells
KR100860274B1 (ko) 저온 가열탈기체 처리 가능한 소형, 경량 초고진공용스퍼터 이온펌프 및 그제조방법
JP6848193B2 (ja) 燃料電池用セパレーターおよびその製造方法
CN1259269C (zh) 一种微条气体室探测器复合基板的制造方法
CN114959573B (zh) 一种Al纳米晶掺杂四面体非晶碳导电薄膜及其制备方法和应用
CN214327868U (zh) 一种布气装置和镀膜装置
EP3605583B1 (en) Device for the stable manufacture of nanoclusters

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant