透明氧化铝陶瓷空心微球制备方法研究

To find the optimal target materials is the important task in the study of inertial confinement fusion (ICF) target. Hollow transparent alumina ceramics microsphere has a good application prospect as ICF target materials because the alumina ceramics can maintain the long-term size and physicochemical stability in liquid helium temperature, which can enhance the uniformity, symmetry and efficiency of imploding due to the forming of the cryogenic deuterium-tritium layer uniformity in transparent alumina ceramics hollow microsphere. In this study, the form mechanism and control technology of microstructure for fabricating the millimeter scale hollow transparent alumina ceramics microsphere will be researched. The influence and mechanism of microstructure on the microsphere form, physical characteristic and macro-property of the millimeter scale hollow transparent alumina ceramics microsphere as ICF target materials will also be studied, which are important for the scientific study of ICF.

在惯性约束聚变（ICF）研究中，寻找最佳的靶丸材料是一项重要任务。透明氧化铝（Al2O3）陶瓷材料，可使制备的靶丸长期保持稳定的理化性能与几何尺寸，有利于形成均匀的冷冻氘氚燃料层，可以提高爆聚的均匀性、对称性以及爆聚效率，因此，利用透明Al2O3陶瓷空心微球作靶丸材料具有良好的应用前景。本项目将在申请人前期工作的基础上，采用具有自主知识产权的氧化铝陶瓷空心微球制备方法，结合化学异质形核沉淀法、气氛烧结技术及超精密抛光技术等透明陶瓷材料制备及加工的先进方法，研究毫米尺度透明氧化铝陶瓷空心微球的成型机制与微结构控制技术，以获得适合ICF实验靶丸的透明Al2O3陶瓷空心微球；研究透明陶瓷空心微球的微观组织结构对微球的形成、物理特性及宏观性能的影响机理。本项目的实施将形成具有自主知识产权的透明Al2O3陶瓷空心微球的制备技术，对推动ICF研究的发展具有重要的科学意义和应用价值。

在惯性约束聚变（ICF）研究中，寻找最佳的靶丸材料是一项重要任务。透明氧化铝（Al2O3）陶瓷材料，可使制备的靶丸长期保持稳定的理化性能与几何尺寸，有利于形成均匀的冷冻氘氚燃料层，可以提高爆聚的均匀性、对称性以及爆聚效率，因此，利用透明Al2O3陶瓷空心微球作靶丸材料具有良好的应用前景。本项目将在申请人前期工作的基础上，采用具有自主知识产权的氧化铝陶瓷空心微球制备方法，结合化学异质形核沉淀法、气氛烧结技术及超精密抛光技术等透明陶瓷材料制备及加工的先进方法，研究毫米尺度透明氧化铝陶瓷空心微球的成型机制与微结构控制技术，以获得适合ICF实验靶丸的透明Al2O3陶瓷空心微球；研究透明陶瓷空心微球的微观组织结构对微球的形成、物理特性及宏观性能的影响机理。本项目的实施将形成具有自主知识产权的透明Al2O3陶瓷空心微球的制备技术，对推动ICF研究的发展具有重要的科学意义和应用价值。以自制毫米级聚苯乙烯(PS)球为模板，采用物理包覆和真空烧结方法制备Al2O3 半透明空心球,其球壳厚度约为150 μm，具有较高的致密度；为了得到透明度更高的氧化铝空心球，在氧化铝粉末中添加了烧结助剂（MgO、SiO2、Y2O3、La2O3），在烧结时进一步去除气孔让样品更加致密。得到的半透明氧化铝空心球透光率有了显著提高，掺杂0.1%MgO的样品透光率高达50%。采用溶胶-凝胶法结合乳液微封装技术，以异丙醇铝为原料，稀硝酸为胶溶剂制备了粒径为毫米级的α- Al2O3球，所制备的α- Al2O3球表面光滑，粒径在0.5～1.5 mm 之间，球形度大于98.3%。采用O/W/O 多重乳液法, 以液体石蜡为内核, 氧化铝溶胶为外壳层组成的复合液滴作为前驱体，制备出的氧化铝空心微球维持高的球形度和空心结构, 表面粗糙度大约22 nm, 壁厚达到几十微米, 直径达到毫米级, 主要晶型为稳定的α-Al2O3。在氧化铝溶胶中掺杂不同含量的烧结助剂La2O3，采用微乳液双重装置制备掺有烧结助剂的复合液滴，在适宜的工艺下旋转固化，真空烧结得到氧化铝陶瓷空心球，透光率最佳达到42%左右。