[發明專利]用于超導穩頻振蕩器的超導諧振腔的內表面處理方法

有效

• 申請號: 201310418599.6
• 申請日: 2013-09-13
• 公開（公告）號: CN103457567A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發明（設計）人: 王暖讓;崔永順;楊仁福;高連山;年豐
• 申請（專利權）人: 北京無線電計量測試研究所
• 主分類號: H03H9/02
• 分類號: H03H9/02
• 代理公司: 北京正理專利代理有限公司 11257
• 代理人: 張文祎

技術領域

本發明涉及表面處理方法技術領域，特別涉及一種用于超導穩頻振蕩器的超導諧振腔的內表面處理方法。

背景技術

超導穩頻振蕩器（SCSO）涉及無線電物理學、超導物理學、電子學、控制理論及精密機械加工等學科和技術。SCSO的頻率穩定度可以達到10^-15-10^-16量級，遠遠超過了氫原子鐘、銣原子鐘和銫原子鐘。因此，SCSO被廣泛應用于空間航行、全球定位導航、重力及相對論物理學等領域。

SCSO主要由超導諧振腔、高增益低噪聲鎖頻環路、壓控振蕩源和低溫裝置構成。超導諧振腔是SCSO的一個最重要的部分，其優劣直接影響SCSO的頻率穩定度。超導諧振腔由超導材料鈮制成。影響超導諧振腔品質因數即Q值的主要因素包括熱不穩定性、氫中毒和磁場集中。

在加工過程中，超導諧振腔的內表面尤其是電子束焊接縫處通常會產生一些缺陷，該缺陷的幾何尺寸一般為毫米量級。熱不穩定現象通常發生在超導諧振腔內表面的缺陷處。當有射頻電流流過超導諧振腔內表面的缺陷時，射頻電流將在缺陷處產生焦耳熱，導致缺陷處及其周圍的溫度升高。當超導諧振腔內表面的局部溫度達到或高于超導材料鈮的臨界溫度時，超導諧振腔內表面的缺陷處及其周圍將失去超導特性，即由超導材料轉變為普通導體材料。如果超導諧振腔內表面的缺陷較多時，熱不穩定現象容易導致整個超導諧振腔失去超導特性。

氫中毒是指在超導諧振腔的加工和表面處理過程中，超導諧振腔內表面的超導材料鈮會吸附一定量的氫氣。如果超導諧振腔內表面吸附氫氣的量很高，將導致超導諧振腔內表面的剩余電阻增大，使超導諧振腔的Q值快速下降。

如果超導諧振腔的內表面存在尖銳的凸起，凸起的邊緣處將造成磁場的集中，導致超導諧振腔的Q值下降。

現有技術中，用于超導穩頻振蕩器諧振腔的表面處理方法主要是化學拋光加高壓水沖洗法。上述方法主要用于低頻超導諧振腔，并存在如下不足：

1、無法消除因電子束焊接導致的超導諧振腔內表面的凸起；

2、無法徹底消除除超導材料鈮之外的雜質的影響，例如超導諧振腔內表面吸附的氫氣和電子束焊接引入的其他金屬元素的影響，導致超導諧振腔的Q值無法提高。

非常需要一種用于超導穩頻振蕩器的超導諧振腔的內表面處理方法，以消除因電子束焊接引起的超導諧振腔內表面的凸起，從而增大超導諧振腔的Q值。

發明內容

本發明的目的是提供一種用于超導穩頻振蕩器的超導諧振腔的內表面處理方法。

本發明提供的用于超導穩頻振蕩器的超導諧振腔的內表面處理方法包括如下步驟：

離心式滾磨拋光，向超導諧振腔內添加磨料，超導諧振腔繞設于其外部的轉軸轉動的同時繞自身的中心線轉動，離心式滾磨拋光的時間為10-15天；

低溫退火，低溫退火的溫度為750℃，低溫退火的時間為2-5小時，低溫退火時的真空度為10^-8-10^-10torr，低溫退火后隨爐冷卻至室溫；

高溫退火，高溫退火的溫度為1400-1500℃，高溫退火的時間為24-32小時，高溫退火時的真空度為10^-8-10^-10torr，高溫退火后隨爐冷卻至室溫；

化學拋光，化學拋光的拋光劑使用體積比氫氟酸：硝酸：磷酸為1：1：1的第一混合酸溶液，將所述第一混合酸溶液添加到超導諧振腔中，化學拋光的時間為20-40分鐘，化學拋光的深度為100-200μm；

電拋光，電拋光的拋光劑使用體積比氫氟酸：硫酸為1：9的第二混合酸溶液，將所述第二混合酸溶液添加到超導諧振腔中，然后在所述第二混合酸溶液與超導諧振腔的內表面之間施加220V的交流電壓，且施加該交流電壓的時間為20-40分鐘，使得所述第二混合酸溶液與超導諧振腔的內表面之間產生電化學反應；

高壓水沖洗，高壓水沖洗時使用國家一級電子水，其水壓為80kgf/cm²,高壓水沖洗的時間為40-120分鐘；

低溫烘烤，低溫烘烤的溫度為70-80℃，低溫烘烤的時間為3-7天，低溫烘烤時的真空度為3*10^-8-3.8*10^-9torr。

優選地，低溫退火之后，高溫退火開始之前，超導諧振腔一直處于真空度為10^-8-10^-10torr的真空環境中。

優選地，進行化學拋光前，用超聲波對超導諧振腔進行清洗。