利用研制平台、激光衍射直径在线表征设备、扫描电子显微镜及力学性能测试设备等对超细钨丝的直径周期调制成型过程及单丝性能进行研究。结果表明,正电压与零电压交替出现的电解腐蚀方法可以用于制备连续型直径周期调制钨丝; 电解电压1.4 V和1.6 V下,100~500 g·L-1的NaOH体系下,钨丝均能表现出较明显的直径周期调制形貌; 电解电压更高时,只有当NaOH浓度低于500 g·L-1时,钨丝才能呈现周期调制的形貌。钨丝电解抛光的质量损失与电流强度和腐蚀时间存在正比关系,在特定条件下超细钨丝的重量损失与电流强度、电解时间二者乘积的比值为5.35×10-5 g·C-1。在电解液质量浓度200 g·L-1,电解电压2.0 V下,以3 s的腐蚀时间制得的直径调制钨丝的粗段直径为12.2 μm,细段直径为9.8 μm,减径率约20%,其单丝断裂力可达0.288 3 N。

利用扫描电镜能谱X射线衍射及力学性能分析了电解腐蚀制备的超细钨丝在大气下的氧化行为和过程。结果表明: 超细钨丝在大气下氧化所得黑褐色产物应为介于WO2及WO3之间的复杂氧化物; 超细钨丝在电解腐蚀后表面氧质量分数已超过1%, 随后在大气下氧化, 钨丝表面氧含量先升高后降低; 电解腐蚀使得钨丝表面形成规则的条形纹, 大气下氧化10个月后超细钨丝表面出现不规则辉纹, 氧化85个月后不规则辉纹和条形纹的起伏均趋于平缓; 氧化会使得钨丝断裂强度降低, 但在氧化初期, 延伸率变化极小, 这些性质应与其氧化物具有保护性和非保护性固态氧化物的双重性质有关。

直径小于7 μm的超细钨丝是制备Z-pinch丝阵负载的主要原料,为了满足Z-pinch物理实验需要,利用电解腐蚀法原理,制备出了直径最小为3.0 μm的超细钨丝.研究了电解液温度、电解液质量分数、电解电压和收丝速度等工艺条件对钨丝的影响,并用扫描电镜、原子力显微镜和万能测力计测试了所制备钨丝的直径、形貌及抗拉强度.实验表明,电解电压和收丝速度是影响钨丝腐蚀速度的主要因素,所制备的钨丝表面光滑,均方根粗糙度为2.42 nm,直径为3.5 μm的钨丝其抗拉强度为2.32 g.利用这种方法所制备的超细钨丝已用作Z-pinch丝阵负载的靶材料,取得了很好的物理实验结果,X光能量已达到36.58 kJ.

在靶室阴、阳电极呈水平放置的电磁内爆加速器中,抽真空时电极间距会收缩变短,电极间的丝阵负载无法维持预定的分布状态,为此,设计出了一套单层柱面状丝阵负载制备技术,通过弹簧预先压缩足够长度使负载能自动适应电极间距变化,并利用一套可以拆卸的辅助装置固定负载各部件.对制备出的多种单层柱面丝阵负载的测试及靶场实验结果表明,负载能自动适应电极间距变化,最大收缩量达3mm,负载丝仍保持预定的分布并且绷紧,制备技术也便于负载的装配、运输和安装.