远红外热辐射成像系统金属薄膜探测器表面喷碳涂层方法

摘要

本发明属于一种喷碳涂层方法，具体涉及一种聚变研究装置上远红外热辐射成像系统中金属薄膜探测器表面的喷碳涂层方法。包括如下步骤，将微米量级的金属薄膜探测器安装在夹具上；喷涂前，将安装有金属薄膜探测器的夹具置于基座之上；将电解石墨和纯净水配置成电解石墨溶液；使用超声波雾化器对电解石墨溶液进行雾化；根据需要控制喷涂时间，然后经过自然烘干等过程就会在金属薄膜探测器表面形成均匀致密的石墨涂层。本发明的优点是，使用超声波雾化器将电解石墨溶液进行雾化，与常规的高压喷涂方法相比，其雾化颗粒更小并且雾化区内的雾化颗粒也更均匀，使得金属薄膜探测器表面的石墨涂层厚度更易于控制，并且涂层也更均匀。

说明书

技术领域

本发明属于一种喷碳涂层方法，具体涉及一种聚变研究装置上远红外热辐射成像系统中金属薄膜探测器表面的喷碳涂层方法。 

背景技术

在磁约束聚变实验（物理）研究中，等离子体的热辐射功率及其分布是一项重要的基本参数。远红外热辐射成像系统是近年来发展起来的一种新型的等离子体热辐射功率分布测量系统，它通过测量金属薄膜探测器上的温度分布随时间的演变来反推出等离子体内的热辐射功率以及分布变化。与传统热辐射诊断系统相比，具有空间分辨高、真空室内无需引线连接等优点。金属薄膜探测器是该项诊断的核心部件之一，其温度的时空演变是通过红外热像仪进行测量的。为了提高系统测量的灵敏度和信噪比，金属薄膜探测器表面须进行喷碳处理，并且碳涂层要均匀、不能太厚（～0.5微米）。由于金属薄膜探测器本身很薄，只有2微米左右，很容易因为金属薄膜探测器两端的压差过大而破损。通常的高压喷涂除了容易产生涂层不均匀等问题外，还可能会造成金属薄膜的破损。因此，改善金属薄膜探测器表面的喷碳涂层方法和工艺对于提高该系统的探测灵敏度和信噪比是非常重要的。 

发明内容

本发明的目的是提供一种远红外热辐射成像系统金属薄膜探测器表面喷碳涂层方法，它能提高微米量级金属薄膜探测器表面碳镀层的均匀性和成功率，改善远红外热辐射成像系统的探测灵敏度。 

本发明是这样实现的，远红外热辐射成像系统金属薄膜探测器表面喷碳涂层方法，包括如下步骤， 

（1）将微米量级的金属薄膜探测器安装在夹具上，金属薄膜探测器表面须平整洁净，没有褶皱和凸凹现象； 

（2）喷涂前，将安装有金属薄膜探测器的夹具置于基座之上，并且金属薄膜探测器底面与夹具基座上凸面平齐，以防止金属薄膜探测器在喷涂过程中由于两端压差过大而破损； 

（3）将电解石墨和纯净水按一定比例混合并充分搅拌，配置成电解石墨溶液； 

（4）使用超声波雾化器对电解石墨溶液进行雾化，并选择适当的锥形喷头在金属薄膜探测器上方形成均匀、细密的雾化区，雾化区水平横截面的面积不低于金属薄膜探测器面积的5倍； 

（5）根据需要控制喷涂时间，然后经过自然烘干等过程就会在金属薄膜探测器表面形成均匀致密的石墨涂层； 

（6）重复（2）、（4）和（5）完成远红外热辐射成像系统金属薄膜探测器背面的喷碳涂层处理。 

本发明的优点是，本发明所提供的喷碳涂层方法，是使用超声波雾化器将电解石墨溶液进行雾化，与常规的高压喷涂方法相比，其雾化颗粒更小并且雾化区内的雾化颗粒也更均匀，这就使得金属薄膜探测器表面的石墨涂层厚度更易于控制，并且涂层也更均匀。在同等情况下，能有效地提高金属薄膜探测器表面石墨涂层的质量。在实际使用中，金属薄膜表面的石墨涂层均匀、平均厚度在0.5微米左右。 

附图说明

图1在金属薄膜探测器表面进行喷碳涂层的方法示意图； 

图2为夹具及基座结构示意图； 

图3为夹具及基座结构的剖视图。 

图中，1超声波雾化器，2专用夹具，3基座，4金属薄膜探测器，5雾 化区。 

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细介绍： 

远红外热辐射成像系统金属薄膜探测器表面喷碳涂层方法，包括如下步骤： 

（1）将微米量级的金属薄膜探测器④安装在夹具②上，金属薄膜探测器表面须平整洁净，没有褶皱和凸凹现象； 

（2）喷涂前，将安装有金属薄膜探测器④的夹具②置于基座之上，并且金属薄膜探测器④底面与夹具基座③上凸面平齐，以防止金属薄膜探测器④在喷涂过程中由于两端压差过大而破损； 

（3）将电解石墨和纯净水按一定比例混合（可视情况调整，通常采用1:5）并充分搅拌，配置成电解石墨溶液； 

（4）使用超声波雾化器①对电解石墨溶液进行雾化，并选择适当的锥形喷头在金属薄膜探测器上方形成均匀、细密的雾化区，雾化区水平横截面的面积不低于金属薄膜探测器面积的5倍； 

（5）根据需要控制喷涂时间，然后经过自然烘干等过程就会在金属薄膜探测器表面形成均匀致密的石墨涂层； 

（6）重复（2）、（4）和（5）完成远红外热辐射成像系统金属薄膜探测器背面的喷碳涂层处理。 

如图1所示，这种远红外热辐射成像系统金属薄膜探测器表面的喷碳涂层方法。实施时，首先将夹具、基座、超声波雾化器、软管和喷头等进行清洗，保证器件的洁净；然后将夹具②的下半部分置于基座③上，再使用镊子小心的将金属薄膜探测器④平移放置在上面，要保证金属薄膜探测器表面平整洁净，无褶皱；之后将夹具②的上半部分与下半部分利用螺钉等小心固定好，使得金属薄膜探测器④底面与夹具基座③上凸面平齐，以防止金属薄膜 探测器④在喷涂过程中由于两端压差过大而破损；将电解石墨和纯净水按一定比例混合，混合比例视情况可以在1:5到1:10间调整，电解石墨溶液须充分搅拌；配好的电解石墨溶液放入超声波雾化器①，启动超声波雾化器①对电解石墨溶液进行雾化，选择合适的锥形喷头形成均匀、细密的雾化区；调整锥形喷头的位置使得金属薄膜探测器上方雾化区的水平横截面的面积不低于金属薄膜探测器喷涂面积的5倍以保证石墨涂层的均匀性；根据金属薄膜石墨涂层的要求控制喷涂时间，再经自然烘干等过程后，就会在金属薄膜探测器表面形成均匀细致的石墨涂层；金属薄膜探测器背面的石墨涂层的处理与表面基本相同，只需将夹具调换方向，再小心置于基座上，重复上述喷涂步骤即可。在金属薄膜探测器调换方向期间，利用夹具上预留的通孔可以最大限度地消除放置过程中金属薄膜探测器两端可能出现的较大压差以保证金属膜的安全性。 

具体实施过程中需注意以下几点： 

1、应在无风、干燥、洁净的实验间进行操作 

2、操作时要轻拿轻放，避免金属薄膜探测器在操作过程中出现破损 。