复合结构超导谐振加速腔的制备方法及超导谐振加速腔技术

本发明专利技术涉及一种复合结构超导谐振加速腔的制备方法及超导谐振加速腔，该制备方法包括：高超导性能材料的衬底超导腔制备步骤；衬底超导腔电镀前的后处理的步骤；衬底超导腔外表面电镀高导热材料的步骤；高超导性能、高导热材料复合结构超导腔的后处理的步骤；该超导谐振加速腔采用上述制备方法制作而成。本发明专利技术从现有的技术出发，通过在衬底超导腔外表面电镀的方式，实现高超导性能材料与高导热材料材料组成的复合结构超导谐振加速腔。料组成的复合结构超导谐振加速腔。料组成的复合结构超导谐振加速腔。

【技术实现步骤摘要】
复合结构超导谐振加速腔的制备方法及超导谐振加速腔


[0001]本专利技术涉及一种超导腔的制备方法，特别是关于一种通过外表面电镀实现复合结构超导谐振加速腔的制备方法及超导谐振加速腔(简称超导腔)，属于粒子加速器


技术介绍

[0002]当前的超导腔主要采用RRR(剩余电阻率)～300、厚度为3
‑
4mm的高纯铌板制造，应用范畴涵盖了β(相对论速度)从～0.05到1的各种带电粒子。但是，纯铌超导腔受限于金属铌的导热能力，壁厚一般为3
‑
4mm，这样的薄壁单层结构导致纯铌超导腔的机械稳定性和热稳定性差，不仅容易导致纯铌超导腔因氦压波动、洛伦兹失谐、颤噪等因素而出现频率失谐，也容易导致纯铌超导腔因缺陷、二次电子倍增效应、场致发射效应而出现热失超，难以满足强流超导加速器的稳定运行。
[0003]由高导热材料与高超导性能材料构成的复合结构超导腔，在保证超导腔良好射频性能的前提下，通过增加总壁厚，不但可以显著提升超导腔的频率氦压敏感度和洛伦兹失谐系数等机械稳定性，还可以实现热量的快速横向传递，提高其热稳定性，因此是能够满足强流高功率超导加速器长时间稳定运行的关键技术。
[0004]但是，复合结构超导腔的加工不同于单层结构纯铌超导腔，需要有针对性的实现方法。

技术实现思路

[0005]针对上述问题，本专利技术的其中一个目的是提供一种通过外表面电镀实现复合结构超导谐振加速腔的制备方法，以解决高性能、高可靠性复合结构超导腔的加工难题；本专利技术的另一个目的是提供一种采用该制备方法制备而成的超导谐振加速腔。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种复合结构超导谐振加速腔的制备方法，包括以下步骤：
[0007]S1.准备一只由高超导性能材料加工制造的单层超导腔作为衬底超导腔；
[0008]S2.对步骤S1中的衬底超导腔进行真空检漏；
[0009]S3.将经步骤S2完成真空检漏的衬底超导腔进行超声清洗、晾干；
[0010]S4.对经步骤S3完成超声清洗后的衬底超导腔内表面进行化学抛光处理；
[0011]S5.对经步骤S4完成化学抛光处理的衬底超导腔进行超声清洗、晾干；
[0012]S6.将经步骤S5完成超声清洗的衬底超导腔放入真空炉内加热，进行高温除气处理；
[0013]S7.将经步骤S6完成高温除气处理后的衬底超导腔进行超声波清洗、晾干；
[0014]S8.对步骤S7完成超声清洗后的衬底超导腔内、外表面均进行化学抛光处理；
[0015]S9.将经步骤S8完成化学抛光处理的衬底超导腔进行超声波清洗、晾干，用保护层将衬底超导腔所有法兰口以及全部外表面包裹住，并将衬底超导腔所有法兰口均严格密
封，洁净保存；
[0016]S10.将经步骤S9完成密封操作的衬底超导腔装配在电镀槽上，揭开衬底超导腔外表面的保护层，把衬底超导腔作为阴极，把环绕在衬底超导腔周围的电极作为阳极，然后把电镀溶液注入电镀槽，直至电镀溶液液位面高于衬底超导腔；其中，阳极由待电镀的高导热材料加工而成；
[0017]S11.让衬底超导腔以一定速度沿轴向方向进行匀速旋转，然后打开电源在衬底超导腔外表面电镀选定的高导热材料，至衬底超导腔外表面的电镀层各处厚度均不低于指定厚度，停止电镀；
[0018]S12.将经步骤S11完成电镀后的复合结构超导腔进行超声波清洗、晾干；
[0019]S13.对经步骤S12完成超声清洗的复合结构超导腔外表面进行机械加工、打磨，得到光滑平整的镀层外表面，即完成复合结构超导谐振加速腔的制备。
[0020]所述的制备方法，优选地，在所述步骤S2中，真空检漏要求漏率低于1x10
‑
10
mbar
·
L/s，真空检漏过程中采用慢速抽真空，真空泵需为无油泵组。
[0021]所述的制备方法，优选地，在所述步骤S3中，超声清洗、晾干的具体方法如下：
[0022]S31.将衬底超导腔放置于装有超声清洗液的清洗池内，用超纯水超声清洗不低于40分钟，水温为50
‑
60℃，超声功率密度为25
‑
35W/gal；其中，超声清洗液为Micro
‑
90、Citranox或Liqui
‑
Nox，用量为每升超纯水加入10
‑
20ml超声清洗液，且超声波清洗在不低于万级的洁净环境中进行；
[0023]S32.用超纯水将衬底超导腔外表面冲洗干净、晾干。
[0024]所述的制备方法，优选地，在所述步骤S4中，衬底超导腔内表面的抛光厚度约为80
‑
150μm；
[0025]在所述步骤S8中，衬底超导腔内、外表面的抛光厚度约为10
‑
40μm。
[0026]所述的制备方法，优选地，在所述步骤S6中，加热的升温速率为1
‑
6℃/分钟，加热至600
‑
850℃使衬底超导腔在真空小于1x10
‑3Pa的条件下保温2
‑
10小时。
[0027]所述的制备方法，优选地，在所述步骤S1中，高超导性能材料是指零磁场下超导转变温度高于9K，同时4K温度下过热磁场高于150mT的材料；
[0028]在所述步骤S10中，高导热材料是指在4K温度下的热导率高于100W/mK的材料。
[0029]所述的制备方法，优选地，在所述步骤S11中，衬底超导腔的转速为每分钟10
‑
60转，阴阳极之间的电压为3
‑
10V，指定厚度为不低于4
‑
9mm。
[0030]一种超导谐振加速腔，其内层材料为高超导性材料，外层材料为高导热材料，该超导谐振加速腔采用上述制备方法制作而成。
[0031]所述的超导谐振加速腔，优选地，所述衬底超导腔的腔型为工作频率是1.3GHz的横磁波超导腔。
[0032]所述的超导谐振加速腔，优选地，所述横磁波超导腔包括：加速筒体，所述加速筒体的两侧加工有束流端口，相邻两所述加速筒体之间通过所述束流端口依次串联，位于各所述加速筒体最外侧的两束流端口分别形成束流注入口和束流引出口；束流注入管道和束流引出管道，分别与所述加速筒体的束流注入口和束流引出口对接；主耦合口，与所述束流引出管道相连；高阶模耦合口，两个所述高阶模耦合口分别与所述束流注入管道和束流引出管道相连；提取端口，与所述束流注入管道相连。
[0033]本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
[0034]1)本专利技术采用单层材料的衬底超导腔加工难度低，可选用现有成熟的加工技术进行加工。
[0035]2)本专利技术在衬底超导腔外表面电镀高导热性复合层，不影响衬底超导腔内表面的射频面，容差大、难度低。
[0036]3)本专利技术采用电镀方式可降低衬底腔高超导性材料厚度，成本低、可批量生产，适合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合结构超导谐振加速腔的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.准备一只由高超导性能材料加工制造的单层超导腔作为衬底超导腔；S2.对步骤S1中的衬底超导腔进行真空检漏；S3.将经步骤S2完成真空检漏的衬底超导腔进行超声清洗、晾干；S4.对经过步骤S3完成超声清洗后的衬底超导腔内表面进行化学抛光处理；S5.对经步骤S4完成化学抛光处理的衬底超导腔进行超声清洗、晾干；S6.将经步骤S5完成超声清洗的衬底超导腔放入真空炉内加热，进行高温除气处理；S7.将经步骤S6完成高温除气处理后的衬底超导腔进行超声波清洗、晾干；S8.对步骤S7完成超声清洗后的衬底超导腔内、外表面均进行化学抛光处理；S9.将经步骤S8完成化学抛光处理的衬底超导腔进行超声波清洗、晾干，用保护层将衬底超导腔所有法兰口以及全部外表面包裹住，并将衬底超导腔所有法兰口均严格密封，洁净保存；S10.将经步骤S9完成密封操作的衬底超导腔装配在电镀槽上，揭开衬底超导腔外表面的保护层，把衬底超导腔作为阴极，把环绕在衬底超导腔周围的电极作为阳极，然后把电镀溶液注入电镀槽，直至电镀溶液液位面高于衬底超导腔；其中，阳极由待电镀的高导热材料加工而成；S11.让衬底超导腔以一定速度沿轴向方向进行匀速旋转，然后打开电源在衬底超导腔外表面电镀选定的高导热材料，至衬底超导腔外表面的电镀层各处厚度均不低于指定厚度，停止电镀；S12.将经步骤S11完成电镀后的复合结构超导腔进行超声波清洗、晾干；S13.对经步骤S12完成超声清洗的复合结构超导腔外表面进行机械加工、打磨，得到光滑平整的镀层外表面，即完成复合结构超导谐振加速腔的制备。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤S2中，真空检漏要求漏率低于1x10
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10
mbar
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L/s，真空检漏过程中采用慢速抽真空，真空泵需为无油泵组。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤S3中，超声清洗、晾干的具体方法如下：S31.将衬底超导腔放置于装有超声清洗液的清洗池内，用超纯水超声清洗不低于40分钟，水温为50
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60℃，超声功率密度为25
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35W/gal；其中，超声清洗液为Micro
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90、Citranox或Liqui
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【专利技术属性】
技术研发人员：何源，詹文龙，杨自钦，皇世春，徐孟鑫，游志明，张生虎，
申请(专利权)人：中国科学院近代物理研究所，
类型：发明
国别省市：