一种超导腔功率输入用覆铜不锈钢管构件的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种超导腔功率输入用覆铜不锈钢管构件制备方法。该方法包括下述步骤：1)根据功率输入管件结构尺寸的要求准备不锈钢管件和无氧铜件，对不锈钢管件和无氧铜件的表面油渍和氧化物进行清洗，晾干后放入干燥环境；2)对表面处理完成后的不锈钢管件和无氧铜件进行装配；再采用不改变原材料的物理化学特性的焊接方法将装配的不锈钢管件和无氧铜连接，得到内部覆铜的不锈钢管构件；3)通过机械加工方法对内部覆铜的不锈钢管构件的覆铜层厚度进行减薄。该方法制备的覆铜不锈钢管构件具有覆铜层厚度均匀性好及可控、结合力良好等优点，不但可以解决不锈钢内部镀铜层易脱落的问题、而且不会对环境造成污染，有利于我国的生态可持续发展。生态可持续发展。

【技术实现步骤摘要】
一种超导腔功率输入用覆铜不锈钢管构件的制备方法


[0001]本专利技术属于粒子加速器领域，具体涉及一种超导腔功率输入用覆铜不锈钢管构件制备方法，特别是涉及采用固态连结技术制备面向超导腔功率输入用管件制备方法。

技术介绍

[0002]由于射频超导谐振腔(简称超导腔)可以在连续波或高占空比模式下工作，被高能量、强流大型超导带电粒子加速器所青睐。其主要作用是高效的将腔内的射频电磁场储能转化为带电粒子的动能，使加速器获得高能量和高品质的带电粒子束流，来开展核物理、高能粒子物理、基础材料科学及生物医学等领域的研究。因此，必须需要功率输入管件给超导腔提供射频电磁场。
[0003]功率输入管件一端与超导腔体相连，处于液氦环境(4K或2K),另外一端与功率源相连，处于室温环境(300K)，起到了300K
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2K的温度过渡作用。由于液氦的价格昂贵，为了减少功率输入管件传递到腔体上的热量，功率输入管件的外导体选择热导率小的不锈钢，然而不锈钢的电导率小，会导致产生过大的高频损耗热。为了解决上述问题，通常在不锈钢外导体内部覆一层电导率大的无氧铜，且该铜层厚度与无氧铜的微波趋肤深度有关，且存在一个合适的数值。这是由于无氧铜的导热性能良好，如果太厚会导致漏热过大，如果小于趋肤深度会导致高频损耗热增加。
[0004]常用的覆铜方法是电镀，该方法不但会产生大量的废液，对环境造成污染，限制产能，而且电镀完成后的铜层厚度均匀和附着力差。附着力差的铜层经过0.15MPa高压超纯水冲洗和300K
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2K环境下冷冲击容易脱落。如果脱落的无氧铜碎片进入超导腔体内，会降低超导腔的性能，且由于该原因造成的腔体性能退化不易被发现。
[0005]针对上述技术路线存在的问题，本专利技术通过固态连接技术实现不锈钢管件内部的覆铜，该铜层厚度均匀性好且可调，避免了无氧铜碎片的脱落，且保护环境不受污染，不但提高功率输入管件的生产效率而且提高了输入管件的高频传输性能。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种超导腔功率输入用覆铜不锈钢管构件的制备方法，包括原材料选择、覆铜不锈钢管件制备、覆铜层厚度减薄。该方法制备的覆铜不锈钢管构件具有覆铜层厚度均匀性好且可控、结合力良好等优点，可以解决不锈钢内部镀铜层易脱落、环境污染大、生产效率低等问题。
[0007]本专利技术采用的技术方案为：
[0008]一种超导腔功率输入用覆铜不锈钢管构件制备方法，包括下述步骤：
[0009]1)根据功率输入管件结构尺寸的要求准备不锈钢管件和无氧铜料，对所述不锈钢管件和无氧铜件的表面油渍和表面氧化物进行清洗，晾干后放入干燥环境等待焊接；
[0010]2)对表面处理完成后的不锈钢管件和无氧铜件进行装配；再采用不改变原材料的物理化学特性的焊接方法将装配完成的不锈钢管件和无氧铜连接，得到内部覆铜的不锈钢
管构件；
[0011]3)通过机械加工方法对所述内部覆铜的不锈钢管构件的覆铜层厚度进行减薄。
[0012]上述方法步骤1)中，所述不锈钢可为管材，粉末，其中不锈钢可为304、316、316L或316LN，铜为管材、带材、箔状结构无氧铜，其原材料为TU0、TU1无氧铜。
[0013]无氧铜的RRR值(定义为材料在273K温度下的电阻率与4.2K环境下电阻率的比值)范围是：10～100。
[0014]上述方法步骤1)中，所述不锈钢管件和无氧铜料准备完成后还需对其表面进行加工，使其粗糙度为1.6～3.2μm。
[0015]上述方法步骤1)中，可采用酒精、丙酮去除表面的油渍，可采用酸液对其表面氧化物清洗。
[0016]上述方法步骤2)中，所述的装配是指将不锈钢管件和无氧铜件装配在一起，形成间隙配合；所述不锈钢管件内径与无氧铜件外径的差值为0.1
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0.4mm。
[0017]上述方法步骤2)中，所述焊接方法可为热等静压扩散焊接法、爆炸焊接。
[0018]所述热等静压扩散焊接法依次包括封焊、热等静压处理。
[0019]所述封焊的方法选自下述任意一种：包套法、电子束焊接和真空钎焊。
[0020]所述的包套法是将不锈钢管件和无氧铜件形成的装配件，放入包套中，在室温～900℃，抽真空，封焊；所述包套采用钢(如20#钢)或铜或其合金制成；
[0021]所述的电子束焊接是将不锈钢管件和无氧铜件形成的装配件，通过电子束焊接组合件间的边缘结合处。
[0022]所述的真空钎焊是将不锈钢管件和无氧铜件形成的装配件，在500～1050℃真空钎焊2～30分钟；所采用的焊料为Cu基、Mn基、Ag基、Au基或Ni基钎焊料。
[0023]所述热等静压处理的处理温度为500～1100℃(具体如850℃)，处理压力为5～200MPa(具体如180MPa)，处理时间为1～8小时(具体如6小时)。
[0024]上述方法步骤2)中，无氧铜厚度范围是0.08～10mm；对于射频超导腔功率输入耦合器，无氧铜厚度可为0.08～0.3mm；对于微波谐振腔或其它微波器件，其厚度为1～10mm。
[0025]上述方法步骤3)中，不锈钢覆铜构件焊接完成后，需要通过机械加工对覆铜层厚度进行剪薄，减薄厚度由功率输入管件或者超导腔体在工作频率下的趋势深度决定。通常其厚度为无氧铜微波趋肤深度的2～4倍。
[0026]覆铜不锈钢管构件不仅适用于功率输入管件，还可以用于粒子加速器领域微波谐振腔或其它微波器件。
[0027]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益技术效果：
[0028]该方法制备的覆铜不锈钢管构件具有覆铜层厚度均匀性好及可控、结合力良好等优点，不但可以解决不锈钢内部镀铜层易脱落的问题、而且不会对环境造成污染，有利于我国的生态可持续发展。
具体实施方式
[0029]本专利技术提供了一种超导腔功率输入用覆铜不锈钢管构件制备方法，包括原材料选择、覆铜不锈钢管的制备、覆铜层厚度减薄。根据功率输入管件结构尺寸的要求准备不锈钢管件和无氧铜件，用酒精、丙酮去除表面的油渍，用酸液对其表面氧化物清洗，晾干后放入
干燥环境等待焊接；对表面处理完成后的不锈钢管件和无氧铜片或带材进行装配；采用不改变原材料的物理化学特性的焊接方法对不锈钢管件和无氧铜连接。通过机械加工方法对焊接完成后的覆铜不锈钢管构件覆铜层减薄。该种方法制备的覆铜不锈钢管构件具有覆铜层厚度均匀性好及可控、良好结合力等优点，不但可以解决不锈钢内部镀铜层易脱落、而且可以不会对环境造成污染。
[0030]为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以无缝不锈钢管和无氧铜带为例，采用热等静压扩散焊接方法，对本公开进一步详细说明。但本专利技术并不限于以下实施例。所述方法如无特别说明均为常规方法。所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径获得。
[0031]实施例1、
[0032]本实施例的覆铜不锈钢管构件通过热等静压方法进行制备，按照频率为162.5MHz功率输入管件本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种覆铜不锈钢管构件的制备方法，包括下述步骤：1)根据覆铜不锈钢管构件所应用的器件要求准备不锈钢管件和无氧铜料，对所述不锈钢管件和无氧铜件的表面油渍和表面氧化物进行清洗，晾干后放入干燥环境；2)对表面处理完成后的不锈钢管件和无氧铜件进行装配；再采用不改变原材料的物理化学特性的焊接方法将装配完成的不锈钢管件和无氧铜连接，得到内部覆铜的不锈钢管构件；3)通过机械加工方法对所述内部覆铜的不锈钢管构件的覆铜层厚度进行减薄，即得。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中，所述覆铜不锈钢管构件应用的器件包括功率输入管件、粒子加速器领域微波谐振腔或其它微波器件。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中，所述不锈钢和铜料为粉末、管材、带材等，其中不锈钢为304、316、316L或316LN，铜为无氧铜；所述无氧铜的RRR值范围是：10～100。4....

【专利技术属性】
技术研发人员：王若旭，皇世春，谭腾，
申请(专利权)人：中国科学院近代物理研究所，
类型：发明
国别省市：