[發明專利]一種利用銅鈮復合結構板制作超導腔的方法

有效

• 申請號: 202111275342.0
• 申請日: 2021-10-29
• 公開（公告）號: CN114051310B
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發明（設計）人: 劉振超;張琦;王盛
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H05H7/18
• 分類號: H05H7/18;H05H7/20
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 白文佳

本發明公開了一種利用銅鈮復合結構板制作超導腔的方法，包括以下步驟：1)取若干塊銅鈮復合材料板進行退火處理；2)對根據腔體形狀和尺寸對各銅鈮復合材料板進行沖壓成型；3)切除各銅鈮復合材料板端部處于待焊接位置的銅層；4)將各銅鈮復合材料板對接形成腔體，然后在合縫處進行電子束焊接及打磨；5)在腔體外表面切割形成的豁口處，以純銅粉為材料，采取噴粉的方式進行3D打印，然后進行打磨處理，確保腔體外表面平整、無縫隙；6)對腔體的內表面進行清洗，完成超導腔的制作。該方法制作的超導腔具有機械性穩定、低溫下熱傳導性能優異、成本低、加速梯度較高的特點。

技術領域

本發明涉及一種制作超導腔的方法，具體涉及一種利用銅鈮復合結構板制作超導腔的方法。

背景技術

射頻超導加速腔是超導電子加速器的核心部件，具有加速電壓高、束流阻抗小、可連續波加速和運行費用低等優勢，現已被廣泛應用于各類高能加速器和和光源裝置。射頻超導腔的理想超導材料應該具備低的表面電阻、高的臨界溫度和臨界磁場。鈮是具有較高臨界溫度(Tc＝9.2K)的第Ⅱ類超導體。目前，國內外制作鈮材超導腔的技術路線主要有兩條，分別是高純鈮超導腔和銅鈮濺射超導腔。高純鈮超導腔的加速梯度比較高，過年來經過電拋光、摻氮、中溫烘烤等多種后處理工藝手段的研發改進，加速梯度和品質因數有了進一步提高，國際上目前高純鈮超導腔加速梯度Eacc最高可達59MV/m，其缺點是其機械穩定性較低，在低溫下(2K)熱傳導性能較差，且價格較昂貴；銅鈮濺射鍍膜超導腔具有機械穩定性高，低溫下熱傳導性能遠大于純鈮等優點，但其加速梯度稍低(約10～20MV/m)，且由于其薄膜結構，后處理手段受限。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供了一種利用銅鈮復合結構板制作超導腔的方法，該方法制作的超導腔具有機械性穩定、低溫下熱傳導性能優異、成本低、加速梯度較高的特點。

為達到上述目的，本發明所述的利用銅鈮復合結構板制作超導腔的方法包括以下步驟：

1)取若干塊銅鈮復合材料板進行退火處理；

2)根據腔體形狀和尺寸對各銅鈮復合材料板進行沖壓成型；

3)切除各銅鈮復合材料板端部處于待焊接位置的銅層；

4)將各銅鈮復合材料板對接形成腔體，然后在合縫處進行電子束焊接及打磨；

5)將腔體放入3D打印設備中，以純銅粉為材料，采取噴粉的方式在腔體外表面(銅層)的豁口處進行“填充式”打印，然后進行打磨處理，確保腔體外表面平整、無縫隙；

6)對腔體的內表面進行清洗，得超導腔。

步驟1)的具體操作為：

取兩塊銅鈮復合材料板，再進行超聲波清洗，然后放入真空高溫爐中進行退火處理，其中，退火溫度為600℃，退火時間為5～10h。

步驟2)的具體操作為：

將銅鈮復合材料板放入模具中，根據1.3GHz單cell超導腔的尺寸進行沖壓及拉伸處理，以形成兩個大小相同、能夠翻轉扣合的碗狀結構。

步驟3)中切除的銅層寬度為0.5～1cm。

步驟5)中，利用3D金屬打印設備在腔體外表面(銅層)的豁口處以純銅粉為材料進行噴粉打印。

步驟5)與步驟6)之間還包括：對腔體的外表面進行除毛刺打磨。

步驟6)中對腔體的內表面采用高壓水清洗、化學拋光、電拋光或離子濺射拋光的方式進行清洗。

步驟6)的具體操作為：對腔體的內表面進行清洗，再對腔體進行摻氮處理，完成超導腔的制作。

本發明具有以下有益效果：