一种复合材料铜镀层剩余电阻率的测试方法技术

本发明专利技术公开了一种复合材料铜镀层剩余电阻率的测试方法，所述方法对于形状不规则、不统一的复合材料铜镀层，首先分别在室温下和4.2K下测量带铜镀层材料的总电阻；然后通过浓硝酸浸泡腐蚀去除铜镀层，由于基体不与浓硝酸发生反应从而得到去铜镀层材料；再分别在室温下和4.2K下测量去铜镀层材料的电阻；最后分别计算得到铜镀层室温下和4.2K下电阻，从而得到铜镀层RRR。此方法能够实现对复合材料中铜镀层RRR测量，弥补了操作繁杂、无法测量不规则形状样品的缺点，具有原理简单、操作方便、样品准备便捷、测试精度高等优点。为复合材料RRR性能提供了评估手段，保障了高性能功率耦合器研发，推进了大国重器中国造。推进了大国重器中国造。推进了大国重器中国造。

【技术实现步骤摘要】
一种复合材料铜镀层剩余电阻率的测试方法


[0001]本专利技术涉及材料性能测试领域，具体是一种复合材料铜镀层剩余电阻率(RRR值)的测试方法。

技术介绍

[0002]近年来，射频超导(SRF)技术飞速发展，独特的高能量利用率、加速流强大、功率高等特性，使射频超导技术已经成为加速器发展的主流方向之一，成为诸多大科学装置的首选技术。射频超导谐振腔是超导加速器的核心部件，其优越之处在于它可以在连续波(CW)模式或长宏脉冲模式下，提供高的加速梯度。RF加速结构会影响束的品质，如能散度、发射度、束晕、最大流强等等。要得到好的束流品质，对加速器提出了非常高的要求。超导腔高的加速梯度能减少腔的数目，缩短了CW加速器的长度。由于超导腔壁损耗极小，腔形易优化，超导腔束孔大，减弱了束腔相互作用。超导腔现已广泛应用于各种大型加速器和光源装置中，如储存环、自由电子激光、强流加速器和高能加速器等。射频超导谐振腔的发展主线是提高超导腔的加速梯度。
[0003]功率耦合器是超导射频腔运行的关键部件。该部件的主要功能是在适配条件下，将射频功率有效的从源传输到粒子束。这种复杂的设备在严格的条件下运行：1)它应该通过陶瓷窗处理和传输高射频功率(～250kW
‑
500kW)；2)它是室温(T～300K)下加速低温模块的热部件与低温(T＜100k)下的冷部件之间的接口；3)它也是在室温下工作的波导中的大气压力与SRF腔中的超高真空(<10
‑8mbar)之间的界面。由于这种工作条件，射频功率耦合器应仔细设计，以可靠地实现所需的性能。将射频功率从外部(在室温下)传递到SRF腔内(在4K温度下)，要求具有良好的导电性能；而另一方面为了减小向低温的漏热，要求其进行热隔离。不锈钢部件在内部镀上少量的铜可以满足这些相互冲突的要求。因此，为功率耦合器的不同部件(如内导体、外导体、波纹管)开发高性能铜镀层至关重要。
[0004]剩余电阻率(RRR值)是间接衡量SRF体系中任何涂层膜质量的关键参数，RRR定义为金属电阻在室温与4.2K时的比值，能够反应金属加工状态和纯度。较低的RRR意味着较低的导热系数和较高的电阻，同时意味着材料的热稳定性较差。因此，测量射频超导体系中铜镀层的RRR值至关重要。
[0005]目前，常见的RRR值测量方法主要有四引线法和涡流无损测量，其中涡流无损测量主要是是针对已加工成型的超导腔体，但其测量精度较低。而四引线法测量精度较高，但测量较为复杂，受到测量样品形状的影响。为此，提出了一种复合材料铜镀层剩余电阻率的测试方法。
[0006]目前尚无相同文章或相似的文献或专利报道，没有发表过文章。

技术实现思路

[0007]本专利技术技术解决问题：克服现有的不足，提供一种复合材料铜镀层剩余电阻率的测试方法，解决现有测试铜镀层RRR值时，操作难度大、耗费时间长，受带铜镀层材料形状限
制的问题。
[0008]本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0009]本专利技术的一种测试复合材料铜镀层RRR值的方法，其特征在于：对于形状不规则、不统一的带复合材料铜镀层，使用浓硝酸腐蚀的方法去除铜镀层，在室温和4.2K下分别测试铜镀层被腐蚀前后的材料电阻，从而计算求得铜镀层的RRR值。
[0010]其具体包括如下步骤：
[0011]1)在复合材料铜镀层样品两端部焊接电流引线，在距离带材两端端部10mm的位置作电位点并焊接测量信号线。
[0012]2)在室温下使用恒流源分别通
±
1A大小的电流，测量复合材料铜镀层样品的电压值，并将测量的正负电压值取绝对值并求平均值U1，计算其室温下电阻R1。
[0013]3)在4.2K低温条件下使用恒流源分别通
±
1A大小的电流，测量复合材料铜镀层样品的电压值，并将测量的正负电压值取绝对值并求平均值U2，计算4.2K下电阻R2。
[0014]4)待样品升温至室温后，将样品置于98％浓硝酸中浸泡20分钟，去除表面铜镀层，得到去镀层样品。
[0015]5)在去铜镀层样品两端重新焊接电流引线，在距离带材两端部10mm的位置重新焊接电流测量信号线。
[0016]6)在室温下使用恒流源分别通
±
1A大小的电流，测量去镀层样品的电压值，并将测量的正负电压值取绝对值并求平均值U3，计算4.2K下电阻R3。
[0017]7)在4.2K低温条件下使用恒流源分别通
±
1A大小的电流，测量去镀层带材的电压值，并将测量的正负电压值取绝对值并求平均值U4，计算4.2K下电阻R4。
[0018]8)通过公式：
[0019][0020]其中I为恒流源输出的已知电流，误差可忽略不不计。
[0021]得：
[0022][0023]计算得到铜镀层RRR值。
[0024]为了保证酸腐蚀前后电位点间距相同，避免电流连接处欧姆热效应，所述的电流引线焊接于样品两端部，信号线电位点距离样品端部10mm。
[0025]所述的为样品供电的恒流源电流不确定度需小于0.3％。为了计算方便，通常室温及4.2K下为样品提供相同电流，为了避免通电时样品发热及保证4.2K下电压数值，电流密度应在0.1
‑
10A/m2内，一般通以1A电流。
[0026]通电时电压由纳伏表测量，电压测量不确定度需小于0.5％。
[0027]样品需保持自然、不受力状态，避免应变对电阻测量精度的影响。
[0028]所述的去铜镀层的方法为，使用98％浓硝酸浸泡20分钟。
[0029]本专利技术与现有技术相比的优点在于：本专利技术能够实现对复合材料中铜镀层RRR测
量，弥补了操作繁杂、无法测量不规则形状样品的缺点，具有原理简单、操作方便、样品准备便捷、测试精度高等优点。为复合材料RRR性能提供了评估手段，保障了高性能功率耦合器研发，推进了大国重器中国造。
附图说明
[0030]图1为测试铜镀层RRR值的操作流程；
[0031]图2为电流引线、测量信号线焊接位置。
具体实施方式
[0032]下面结合附图及实施例对本专利技术进行详细说明。
[0033]如图1所示，本专利技术的一种复合材料铜镀层剩余电阻率的测试方法，对于形状不规则、不统一的带铜镀层材料，使用浓硝酸腐蚀的方法去除铜镀层，在室温和4.2K下分别测试铜镀层被腐蚀前后的材料电阻，从而计算求得铜镀层的RRR值。
[0034]其具体包括如下步骤：
[0035](1)如图2所示，在复合材料铜镀层样品两端部焊接电流引线，在距离带材两端端部10mm的位置作电位点并焊接测量信号线。
[0036](2)在室温下使用恒流源分别通
±
1A大小的电流，测量复合材料铜镀层样品的电压值，并将测量的正负电压值取绝对值并求平均值U1，计算其室温下电阻R1。
[0037](3)在4.2K低温条件下使用恒流源分别通
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合材料铜镀层剩余电阻率的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)在复合材料铜镀层样品两端部焊接电流引线，在距离复合材料铜镀层样品两端端部10mm的位置作电位点并焊接测量信号线，以避免焊接信号线过程中产生的热量对电流引线的焊接点产生影响，并确保后续硝酸腐蚀去镀层再焊接信号线时位置相同，减小测量误差；(2)在室温下使用恒流源分别通
±
1A大小的电流，测量复合材料铜镀层样品的电压值，并将测量的正负电压值取绝对值并求平均值U1，计算其室温下电阻R1；(3)在4.2K低温条件下使用恒流源分别通
±
1A大小的电流，测量复合材料铜镀层样品的电压值，并将测量的正负电压值取绝对值并求平均值U2，计算4.2K下电阻R2；(4)待样品升温至室温后，将样品置于98％浓硝酸中浸泡20分钟，去除表面铜镀层，得到去镀层样品；(5)在去铜镀层样品两端重新焊接电流引线，在距离带材两端部10mm的位置重新焊接电流测量信号线；(6)在室温下使用恒流源分别通
±
1A大小的电流，测量去镀层样品的电压值，并将测量的正负电压值取绝对值并求平均值U3，计算4.2K下电阻R3；(7)在4.2K低温条件下使用恒流源分别通
±
1A大小的电流，测量去镀层样品的电压值，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘方，张京峰，马红军，刘华军，施毅，徐鹏，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：