一种气膜保护的X射线弯晶封装装置的制作方法

本发明属于弯晶封装，特别涉及一种气膜保护的x射线弯晶封装装置。

背景技术：

1、x射线弯晶（弯曲晶体）作为一种重要的x射线光学元件，广泛应用于同步辐射光束线、x射线荧光分析、x射线衍射仪、医疗成像等领域。弯晶的基本制备过程是将单晶片（如si、ge、石英等）通过机械或热力方式弯曲成特定曲率的曲面（球面、双曲面或柱面），并使其弯曲面与晶面之间的取向精度达到角秒级。

2、目前，x射线弯晶的传统制备方法主要采用机械压弯法——将晶片置于凹模与凸模之间，通过外部压力使晶片在凸模与凹模的夹持下发生塑性变形，贴合凹模曲面，同时借助钎料或扩散键合使晶片与基底固定。这种机械接触式压弯工艺存在若干严重的技术缺陷。第一，凸模直接接触晶片的衍射面，在压制过程中凸模表面的微观粗糙峰会对晶片表面产生划痕、凹坑、微裂纹等机械损伤，这些表面缺陷会成为应力集中点，导致晶片在后续使用中容易发生局部破裂，同时显著降低x射线的反射效率和能量分辨率。第二，凸模与晶片之间的接触压力分布不均匀——由于凸模与晶片的接触本质上是多点的，在微观尺度上压力分布存在显著的局部差异，导致晶片弯曲后的曲率一致性差，聚焦光斑尺寸偏离理论值，影响弯晶的光学性能。第三，在高温或长时间暴露环境下，晶片表面容易发生氧化或受到环境微粒污染，导致晶面原子级平整度下降，摇摆曲线展宽。因此，亟需一种能够在压弯过程中避免凸模与晶片直接接触、实现均匀施力并保护晶片表面洁净的x射线弯晶封装制备装置。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种气膜保护的x射线弯晶封装装置。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种气膜保护的x射线弯晶封装装置，包括封装壳，所述封装壳的顶部设有法兰盖，且法兰盖上固定安装有进气管，所述封装壳的内部设有凸模和凹模，所述凹模通过卡槽固定在转接件上，所述转接件通过与法兰盖之间相互共同栓接有呈圆周分布的螺栓，使封装壳形成密闭腔体；

3、所述凸模为金属材质，所述凸模的背面设有均压室，工作面均匀分布有多个贯穿至所述均压室的节流微孔；所述进气管、所述均压室、所述节流微孔依次连通形成气路通道；所述凹模与凸模的曲面形状相匹配，所述凹模的固定位置与凸模的下压方向同轴。

4、优选的，所述节流微孔的直径d与待加工晶片的厚度t满足关系式：0.1t ≤ d ≤t。

5、优选的，所述节流微孔的直径为0.05mm-0.8mm，且所述节流微孔在凸模工作面上呈阵列均匀分布。

6、优选的，所述凸模的材质为不锈钢或硬铝合金，其工作面的粗糙度ra≤0.4μm。

7、优选的，所述封装壳的一端设置有传动杆，所述传动杆的一端与凸模连接，所述传动杆的另一端贯穿法兰盖延伸至封装壳外部，所述法兰盖与传动杆之间设有密封滑动结构。

8、优选的，所述封装壳的侧壁上设有排气管，所述排气管处设有控制阀门。

9、优选的，所述凹模与凸模的曲面为球面、双曲面或柱面。

10、优选的，所述进气管通入的气体为惰性气体，所述惰性气体为氮气或氩气，纯度为≥99.999%，气体压力为0.01mpa-1mpa。

11、优选的，所述凹模的工作面上预置有钎料，且钎料位于晶片与凹模之间。

12、包括以下步骤：

13、s1.装料密封：将待弯曲的晶片置于凹模的工作面上，关闭封装壳，拧紧法兰盖上的螺栓，使封装壳形成完全密闭的腔体；

14、s2.通过进气管向封装壳内通入正压惰性气体，气体依次经均压室、节流微孔后在凸模的工作面与晶片的上表面之间形成稳定的承载气膜；

15、s3.待承载气膜稳定建立后，驱动凸模向凹模方向运动，压制过程中通过实时调节供气压力，补偿因凸模进给导致的气膜厚度变化，保持晶片受力恒定，承载气膜使凸模与晶片始终不直接接触，晶片在承载气膜传递的均匀压力下逐步弯曲贴合凹模的工作面；

16、s4.压制完成后，停止供气，打开排气管释放腔体内压力，取出弯晶。

17、优选的，所述凸模的下压速度为0.1mm/min-1mm/min，且承载气膜的厚度为10μm-500μm。

18、综上所述，本发明具有以下有益效果：

19、1、本发明显著减少晶片表面机械损伤，保障衍射面原子级平整；金属凸模工作面上均匀分布的节流微孔（直径0.05-0.8mm）与均压室连通，惰性气体经进气管进入均压室后，通过节流微孔均匀喷出，在凸模工作面与晶片上表面之间形成稳定的承载气膜，使凸模与晶片在压制过程中始终不直接接触，从根本上避免了传统机械压弯中凸模对晶片衍射面造成的划痕、凹坑、微裂纹及亚表面损伤，确保晶片衍射面原子级平整，摇摆曲线宽度最小化，显著提升弯晶的反射效率和能量分辨率；

20、2、本发明气膜均匀传递压力并防止晶片滑移，提高曲率贴合一致性；承载气膜在晶片表面形成均匀的压力分布场，同时气膜的润滑效应使晶片在压制过程中保持位置稳定，不存在滑移风险，消除了传统工艺中点接触或不均压力导致的局部应力集中问题，使晶片在逐步弯曲过程中均匀贴合凹模曲面，曲率一致性显著提高，聚焦斑点尺寸接近理论极限，适用于高分辨x射线单色器或谱仪等精密光学系统；

21、3、本发明密闭惰性氛围保护晶面清洁，防止氧化与污染；封装壳通过法兰盖及螺栓形成完全密闭腔体，进气管通入高纯惰性气体（氮气或氩气，纯度≥99.999%），在腔体内形成正压惰性保护气氛，有效防止晶片在压制过程中因高温或长时间暴露而发生表面氧化、氮化或受微粒污染，特别适用于si、ge等易氧化脆性晶体，确保晶面长期保持原子级清洁状态，提高弯晶光学性能的稳定性和使用寿命；

22、4、本发明节流微孔与均压室协同作用，实现气膜厚度精确可控；节流微孔的直径与待加工晶片厚度满足关系式0.1t ≤ d ≤ t，孔径限定在0.05-0.8mm范围内，结合供气压力（0.01-1mpa）的实时调节，可在压制过程中精确控制气膜厚度（10μm-500μm），补偿因凸模进给导致的气膜厚度变化，保持晶片受力恒定，使压制过程始终处于最优气浮状态，工艺重复性和可靠性显著提升；

23、5、本发明装置结构兼容性强，模具复用性高，适用于多规格晶片制备；凹模通过转接件固定于法兰盖内侧，封装壳密闭结构便于集成外部压机或传动机构；转接件与法兰盖之间通过圆周分布的螺栓栓接固定，确保凹模与凸模同轴对中；凸模与凹模的曲面形状可根据需要设置为球面、双曲面或柱面，装置尺寸可灵活定制以适应不同晶片规格与曲率要求，模具复用性高、加工效率高、生产成本低，突破了传统接触式压弯的模具磨损和损伤限制，具备良好的产业推广价值。

1.一种气膜保护的x射线弯晶封装装置，包括封装壳（100），其特征在于：

2.根据权利要求1所述的一种气膜保护的x射线弯晶封装装置，其特征在于：所述节流微孔（301）的直径d与待加工晶片（500）的厚度t满足关系式：0.1t ≤ d ≤ t。

3.根据权利要求1所述的一种气膜保护的x射线弯晶封装装置，其特征在于：所述节流微孔（301）的直径为0.05mm-0.8mm，且所述节流微孔（301）在凸模（300）工作面上呈阵列均匀分布。

4.根据权利要求1所述的一种气膜保护的x射线弯晶封装装置，其特征在于：所述凸模（300）的材质为不锈钢或硬铝合金，其工作面的粗糙度ra≤0.4μm。

5.根据权利要求1所述的一种气膜保护的x射线弯晶封装装置，其特征在于：所述封装壳（100）的一端设置有传动杆（400），所述传动杆（400）的一端与凸模（300）连接，所述传动杆（400）的另一端贯穿法兰盖（101）延伸至封装壳（100）外部，所述法兰盖（101）与传动杆（400）之间设有密封滑动结构。

6.根据权利要求1所述的一种气膜保护的x射线弯晶封装装置，其特征在于：所述封装壳（100）的侧壁上设有排气管（103），所述排气管（103）处设有控制阀门。

7.根据权利要求1所述的一种气膜保护的x射线弯晶封装装置，其特征在于：所述凹模（200）与凸模（300）的曲面为球面、双曲面或柱面。

8.根据权利要求1所述的一种气膜保护的x射线弯晶封装装置，其特征在于：所述进气管（102）通入的气体为惰性气体，所述惰性气体为氮气或氩气，纯度为≥99.999%，气体压力为0.01mpa-1mpa。

9.根据权利要求1所述的一种气膜保护的x射线弯晶封装装置，其特征在于：所述凹模（200）的工作面上预置有钎料，且钎料位于晶片（500）与凹模（200）之间。

10.一种利用权利要求1-9任一项所述装置进行气膜保护的x射线弯晶机械压弯制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

11.根据权利要求10的气膜保护的x射线弯晶机械压弯制备方法，其特征在于：所述凸模（300）的下压速度为0.1mm/min-1mm/min，且承载气膜的厚度为10μm-500μm。