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干冰清洗用于感应线圈的自谐振频率应用-行业动态

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2020-08-13 4:14:57 * 浏览: 0
使用升华脉冲法进行干冰清洗可以去除颗粒和薄膜污染物,而不会产生任何残留物。此方法涉及的气体(即CO2和N2)是化学惰性的,因此预计不会对超导(s.c.)促进剂中使用的材料(如铌,铜和氧化铝)产生负面影响。由于在南卡罗来纳州的高梯度腔。由于要求表面没有增强的场发射,干冰清洗过程被应用于一系列故意和限定污染的铌样品。用直流场发射扫描显微镜和光学显微镜对清洗效果进行了研究,比较了清洗前后的起始场和发射极数量以及颗粒数量。在没有任何干冰喷射表面损坏的情况下,可最大程度地降低高达100 MV / m的场发射和残留颗粒的场发射。这些初步结果鼓励我们改善和发展干冰清洁技术。空腔用于对水敏感的组件,例如RF耦合器陶瓷和s.c的最终处理。加速结构。当前,增强场发射(EFE)强加了超导加速器结构的主要高梯度限制,例如,对于TESLA的九格铌腔,约为25MV / m [1]。为了将其性能提高到TESLA800 [2]要求的35MV / m梯度,在没有EFE的情况下,应可靠地实现至少70MV / m的电场。因此,必须开发一种先进的最终清洁程序,以避免表面被颗粒污染而又不引起任何新的表面损坏[1,3,4]。尽管用超纯水高压冲洗已被证明是减少腔体[4,6]和Nb样品[5]的EFE的有效技术,但干冰清洁可能具有更多的清洁潜力。另外,它避免了潮湿的腔体表面,提高了对再污染的敏感性,应在不损失早期调整优势的情况下应用于陶瓷(耦合器窗口)。由于这些特性,干冰清洁被认为对于使用功率耦合器的水平装配腔的最终加工非常有吸引力。 2干冰清洁纯二氧化碳喷雪器通过其独特的机械,热和化学作用组合,可以松散并去除不同类型的表面污染物。清洁过程是局部的,温和的,干燥的,无残留的,并且不需要其他清洁剂。离开喷嘴的液态二氧化碳的自发松弛导致积雪/气体混合物的积雪率为45%,温度为194.3K(-78.9°C)。喷射流被超音速氮气包围,它首先提供喷射流的加速和聚焦,其次防止凝结在被清洁物体上。清洁效果基于热机械力和化学机械力。前者是由三种效应产生的:快速冷却(振动冻结)造成的污染,由于雪晶撞击到表面的高动量导致的强压力和剪切力,以及经过500次强力洗涤和升华后的体积增加。可以去除低至100nm的颗粒。当高强度的雪粒在撞击点击中表面融化时,会产生化学机械力。在液相中,二氧化碳是非极性化学品(尤其是碳氢化合物和硅)的良好溶剂。因此,振动冻结的热效应与雪的强度直接相关,而机械效应取决于射流的速度和角度,化学效应取决于晶体的动量。如果污染物和基底之间的热梯度高,则可以实现清洁效果。因此,脉冲注入代替连续操作可能是有用的。为了避免再次污染,需要有效且清洁的排气系统。简而言之,二氧化碳干冰清洁的优点是:干洗过程,无清洁剂,去除颗粒和薄膜污染物,无污染残留物。 3实验用高纯铌(RRR = 300)处理了直径为28mm的扁平样品,并用标准BCP(HF:HNO3:H3PO4体积比1:1:2)蚀刻了80μm。图1:干燥和干净的平板样品的原型设置示意图。为了获得典型的EFE,每个测试程序都从表面处理开始(请参阅3.1),即在型腔中进行蚀刻和清洗或故意污染颗粒,这些通常是加速结构组装过程中的环境。首先,在无尘室条件下(等级10000)用光学显微镜检查这些样品。然后使用场发射扫描显微镜(FESM)确定其EFE特性(请参见3.3)。在10级洁净室(参见3.2)中进行干冰清洗后,请使用FESM和光学显微镜(10级)再次研究清洗效果。对于实验室之间的样品转移,使用认可的夹帽系统[5],该系统只能在无尘室或特高压条件下打开。 3.1样品制备到目前为止,样品已经经历了两个制备步骤。对于每个序列,使用六个样品。另外两个样品(#1和#2)在TTF九格腔[3]中另外蚀刻了20μm(BCP1:1:2),包括用超纯水彻底清洗,而无需高压清洗。 #4和#5样品被平均尺寸为3.2μm的乳胶球和尺寸为1-80μm的金属氧化物颗粒人工污染,分别代表手套和陶瓷。为了进行比较,样本7和样本0被10-65μm的不锈钢颗粒污染,这是由螺母和螺栓的磨损引起的。完成序列测量后,对于第二个序列,六个样本中的三个再次被蚀刻10μm(BCP 1:1:2)。该批料被铁(lt,50μm)和铜颗粒(平均尺寸为6-8μm)污染,这些颗粒出现在Con-Flat法兰附近。通过计算每个样品上约20 mm2的任意选定表面积,用光学显微镜测量所得颗粒的数密度。对于2μm以上的粒径,其范围在400 / mm2和1100 / mm2之间。 3.2干冰清洁设备图1所示的原型设备用于样品的干冰清洁,该设备已开发用于电子芯片的非破坏性清洁。表1列出了用于清洁样品的工艺参数。表1:干冰清洁参数CO2压力55 bar N2压力8/12 bar喷嘴直径3 mm与样品之间的距离为20 mm喷嘴方向垂直达到表面速度,然后以5 mm / sec 3.3的速度喷射样品。场发射扫描显微镜所有样品的EFE特性均在特高压,压力为10-9 mbar的条件下,在特高压室内使用场发射扫描显微镜(FESM)进行测量,其中还包括SEM和AES进行发射体识别。根据大颗粒的数量和残留的表面不平整度,通过以恒定电流I = 1nA在样品中心扫描10 kV,8×8mm2或12×12mm2的提取电压Ult来研究FE均匀性。这些U(x,y)扫描是使用8709、100μm钨阳极以距阴极表面100μm的标称距离进行的。快速的高压调节可以防止放电和过大的电流,从而避免损坏大多数变送器。为了在样品上获得大量的发射器,将施加的电场逐渐增加到100 MV / m。然后将选定的发射器用8709W,4μmW针定位,以确定其局部FE起始场,并通过原位SEM观察其形态。图2:FESM在具有扫描电子显微镜(SEM),俄歇电子能谱(AES)和离子枪的特高压表面分析室焦点中的示意图。 FESM由一组W引脚组成,与由步进马达和压电传感器驱动的3D样品定位系统相对。长距离光学显微镜用于样品控制,准备室用作样品转移的负载锁。 4结果与讨论制备顺序的结果可分为两组。在腔中制备的1号样品以及被钢颗粒污染的7号和0号样品在干冰清洁之前显示出大量的场发射点。在图3的电压图中可以清楚地看到这一点。至少最强的发射器与原位SEM可见的颗粒相关。在确认了早期结果之后[7],到目前为止,并不是所有的粒子都已经发射出去。出乎意料的是,样品#2的发射极比#1不稳定,但火花更多,这可能是由于颗粒在样品表面的附着力降低所致。相反,样品#4和#5被w污染在干冰清洁之前,乳胶和金属氧化物颗粒在电压图中几乎没有显示出DC EFE,高达100MV / m。对于电绝缘粒子,由于它们几乎不提供电场增强,因此有望获得此结果。因此,干冰清洁后仅扫描强排放样品。表2总结了由此产生的标准化变送器数量密度。显然,干冰清洁程序大大降低了变送器密度。应该提到的是,由于开启和粒径的影响,不能从地图上得出局部起始场。但是,对干冰清洁的样品进行了部分测量,发现它们高于80MV / m。图3:在干冰清洗前,在E = 100MV / m下,8×8mm2的样品#1(顶部)和#7(底部)上U(x,y)的映射。这些数字给出了标称电极间距为100μm时1nA电流所需的kV电压。由于第二个准备序列是最近开始的,因此到目前为止,没有样品通过完整的测试序列,并且没有可用的FESM结果。然而,在干冰清洁之前和之后,已经光学检查了该序列的一个样本,并且对该序列的所有六个样本进行了光学检查。生成的图像清楚地确认并确认了清洁效果,如图4所示。只有少量的小颗粒幸存于干冰清洁中。另外,在该处理之后,在铌表面上未发现机械损伤。图4:干冰清洗之前(顶部)和之后(底部)被铁和铜颗粒污染的#5样品的光学显微镜图像(放大500倍)。 5结论在有限的样本研究中,用干冰清洁铌表面获得的批处理结果非常有希望。粒子的数量和场发射器的数量已大大减少。没有观察到由干冰清洁引起的表面损伤。为了确认这一成就,正在对其他类型的颗粒物污染进行更多的测量。正在准备与强发射表面的高压水洗颗粒污染进行比较。在不久的将来,将检查用于单孔和三孔腔的简单清洁设备的可行性。目前正在研究将干冰清洁用于对水敏感的组件(如耦合器陶瓷)以及在最终的洁净室组装过程中使用。 6参考文献[1] D.Reschke,本次研讨会的受邀演讲。 [2]编辑:R. Brinkmann,K。Fl246,ttmann,J。Rossbach,P。Schmüser,N。Walker,H。Weise,TESLA技术设计报告,DESY2001-011,ECFA2001-209,TESLAReport2