[发明专利]一种基于高导热材料和高射频性能超导材料复合板的射频超导谐振腔及其制备方法

权利要求书

1.一种基于高导热材料和高射频性能超导材料复合板的射频超导谐振腔的制备方法，包括下述步骤：

1）双层材料复合板准备：根据具体超导腔的部件形状尺寸，制备特定尺寸的复合板材；选择A和B两种材料，通过化学和/或物理的方法，实现AB两种材料的有效复合、制成复合板材；其中材料A必须具有高射频超导性能，即低的低温射频表面电阻、高的临界温度（高于9K）和超热磁场(高于150mT)，材料A板材的厚度0.5-2mm可调；材料B必须具有高的热导率(高于100 W/m×K)，材料B板材的厚度3-12mm可调；

2）腔体零部件成型：针对特定复合超导腔的机械结构特点，和不同的腔体部件以及材料A\B的选择，采用相应材料的冲压模具，制作除法兰外的腔体零部件；其中束流管和功率馈入和提取管采用A\B复合板材或材料A板材直接冲压成型；

所述腔体零部件包括腔壁主体、束流管、以及超导腔与外部接口法兰；

3）机加工制作法兰：法兰材料选择需要考虑后续与材料A的真空电子束流焊接；法兰表面光洁度好于0.8微米；

4）除干净真空电子束焊缝区域的材料B：针对步骤2）制备的腔体零部件，以设计的焊缝为基准，首先机加去除离焊缝5-10mm宽度区域内的材料A表面的材料B，其次采用酸液浸泡去除干净所述焊缝5-10mm宽度区域材料A表面机加残留的材料B；

5）腔体零部件超纯水清洗、超声波清洗和晾干：在超声波清洗池中对步骤3）和步骤4）成型的零部件进行超声清洗，清洗完成后晾干；

6）对腔体零部件材料A表面电子束焊接前酸洗5-10微米；酸洗过程中要保护好零部件中的材料B，使其不与酸液接触，以免被酸液腐蚀；

7）将步骤6）酸洗后的零部件进行超纯水清洗、超声波清洗和晾干；

8）整腔零部件真空电子束焊接：将步骤7）晾干的零部件真空电子束焊接，实现整腔拼装焊接；

9）整腔焊缝区域覆材料B：先机加与焊缝区域相匹配尺寸的材料B部件，基于材料B的特点，采用真空钎焊或真空电子束焊接的方式，将机加的材料B部件与复合超导腔表面材料B焊接，实现材料B和材料A的紧配合或有效焊接，即得所述基于高导热材料和高射频性能超导材料复合板的射频超导谐振腔。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述材料A为高纯铌，其临界温度为9.25K，超热磁场为240mT；材料B为TU0无氧铜-4.2K热导率约为600 W/m×K。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤2）中，所述冲压模具以及与复合超导腔高频面（材料A外表面）接触的工装卡具表面光洁度要好于0.8微米；

所述冲压过程应确保零件表面无划伤，磕碰；成型后的零件表面（材料A外表面）无皴裂，起皮，褶皱；

所述步骤2）中，所述腔体零部件还包括功率馈入管和功率提取管，可采用复合板材冲压成型。

4.根据权利要求3项所述的方法，其特征在于：所述步骤3）中，所述材料A为铌，所述法兰材料选自Nb55Ti合金或铌。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述步骤4）中，所述酸液选择需同时考虑材料A和材料B，酸液应不与材料A反应，只与材料B反应；

具体的，所述材料A为铌，材料B为铜，所述酸液为浓度不大于30%的硝酸。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述步骤5）中，所述超声清洗的时间为30-60分钟，超声清洗中的超纯水的温度为50度，其中加入清洗剂。