[发明专利]基于数控车床的纯铌超导腔表面铜铌改性层制备方法

说明书

本发明涉及一种基于数控车床的单加速单元纯铌超导腔表面铜铌改性层制备方法，具体步骤如下：a将所述单加速单元纯铌超导腔夹持在数控车床上；b将焊枪夹持在焊枪夹持机构上，然后将所述焊枪夹持机构活动设置在所述数控车床的刀架上；c将铜电极夹持在所述焊枪上，所述焊枪连接电源正极，所述单加速单元纯铌超导腔与电源负极相连；d打开电源，利用所述铜电极在所述单加速单元纯铌超导腔表面电火花沉积制备铜铌改性层。本发明通过采用电火花沉积技术以及镀铜工艺制备铜铌改性层，极大提高了纯铌超导腔的机械稳定性和热稳定性，降低造价成本，满足了射频超导加速器在更高的加速梯度和更高的品质因素方面对超导腔的新需求。

技术领域

本发明涉及一种基于数控车床的纯铌超导腔表面铜铌改性层制备方法，具体涉及一种基于数控车床的单加速单元纯铌超导腔表面铜铌改性层电火花沉积控制方法，属于加速器制造技术领域。

背景技术

加速器在材料物理、高能物理、核物理、放射性核素研究等领域发挥着重要作用，在能源、医疗、军事等方面，也有着重要的应用价值。目前常见的加速器主要有：加速器驱动嬗变研究装置(China Initiative Accelerator Driven System，简称CIADS)和强流重离子加速器装置(High Intensity Heavy-ion Accelerator Facility，HIAF)。CIADS主要由超导直线强流质子加速器系统、次临界快中子反应堆系统、高功率重金属散裂靶及其配套系统等组成。HIAF由强流超导离子源、强流超导离子直线加速器、环形增强器、高精度环形谱仪、低能核结构谱仪、低能辐照终端、电子-离子复合共振谱仪、放射性束流线、外靶实验终端以及相关配套设施等构成。

射频超导腔具有表面电阻小、Q值高的优点，因此射频超导加速器可以在高占空比模式甚至连续波(CW)模式下工作。目前，射频超导技术是加速器领域研究的热点，应用范围涵盖了高能对撞机、散裂中子源、同步辐射光源、自由电子激光以及加速器驱动核能嬗变系统等众多领域。当前国内外在建以及未来规划的诸多先进加速器装置如欧洲自由电子激光(XFEL)、欧洲散裂中子源(ESS)、美国稀有同位素束流装置(FRIB)、美国质子束流提升计划(PIP-II)、环形正负电子对撞机/超级质子对撞机(CEPC/SPPC)、上海硬X射线自由电子激光装置(SCLF)、强流重离子加速器装置(HIAF)、加速器驱动嬗变研究装置(CIADS)等，均采用射频超导技术。

当前射频超导腔主要采用高纯铌材(RRR250,99.95％)，少量采用铜铌溅射薄膜腔。然而纯铌腔所能达到的场强与Q0均已接近铌材质本身的理论极限，且腔体壁厚近3-4mm，机械稳定性差，造价高，上述缺点导致纯铌无法满足射频超导加速器在更高的加速梯度和更高的品质因素方面对超导腔的新需求，通过表面处理获得10mm壁厚无氧铜衬底腔结合超导内表面可从根本上满足CIADS和HIAF对射频超导腔在机械稳定性和热稳定性方面的要求，通过高适应性表面工程技术获得铜基厚壁超导腔成为CIADS和HIAF项目顺利实施的关键技术之一。CIADS和HIAF项目承担单位中国科学院近代物理研究所已经就热喷涂、冷喷涂、激光熔覆、PVD和CVD进行了铜基厚壁超导腔铜层制备研究，均未取得理想成果，在涂层与铌基体结合力和射频参数等方面均未达到预期目标。

发明内容

针对上述突出问题，本发明提供一种基于数控车床的单加速单元纯铌超导腔表面铜铌改性层制备方法，该方法提出通过电火花沉积技术制备铜铌改性层+镀铜的工艺路线：针对单加速单元纯铌超导腔，采用电火花沉积技术，以纯铜为电极，在单加速单元纯铌超导腔表面制备铜铌改性层。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种基于数控车床的单加速单元纯铌超导腔表面铜铌改性层制备方法，所述单加速单元纯铌超导腔表面包括依次相连且对称布置的椭球面、斜面、圆弧过渡面和圆柱面，基于数控车床，利用电火花点焊式沉积方法在所述单加速单元纯铌超导腔表面制备铜铌改性层。