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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: 2019-11-03 22:29:13 * 浏览: 3
使用升华脉冲法进行干冰清洗可以去除颗粒和薄膜上的污染物,而没有任何残留物。此过程涉及的气体,即CO2和N2,是化学惰性的,因此不会对超导促进剂中使用的材料如钌,铜,氧化铝等产生负面影响。由于s.c中的高梯度腔如果需要表面不增加场发射的表面,则将干冰清洗过程应用于一系列故意的和确定的受污染的钌样品。通过DC场发射扫描显微镜和光学显微镜研究清洁效果,并比较清洁过程之前和之后的起始场和发射器数量以及颗粒数量。在没有任何干冰喷射表面损坏的情况下,可实现场辐射的急剧降低以及高达100 MV / m的残留颗粒。这些初步结果鼓励我们改善和发展干冰清洁技术。诸如RF耦合器陶瓷之类的水敏感部件的腔体和最终处理s.c.加速结构。目前,增强的场发射(EFE)对超导加速器的结构施加了主要的高梯度限制,例如,TESLA的九单元腔约为25 MV / m [1]。为了将其性能提高到TESLA 800 [2]要求的35 MV / m的梯度,在没有EFE的情况下,应可靠地实现至少70 MV / m的表面电场。因此,必须开发先进的最终清洁程序,以避免颗粒污染表面而又不引起新的表面损坏[1、3、4]。尽管用超纯水冲洗高压已被证明是减少空腔[4,6]和Nb样品[5]中的EFE的有效技术,但干冰清洗可能具有更多的清洗潜力。此外,它避免了潮湿的腔体表面,提高了对再污染的敏感性,因此应在不损失早期调理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利用功率耦合器的水平装配室的最终加工非常有吸引力。 2干冰清洁纯净的二氧化碳除雪剂结合了独特的机械,热和化学作用,可以疏松和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。液态二氧化碳自喷头的自发松弛导致雪/气混合物的雪含量为45%,温度为194.3 K(-78.9°C)。喷射流被超音速氮气包围,超声氮气首先提供喷射流的加速和聚焦,其次防止水分凝结在被清洁的物体上。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,由于雪晶撞击表面而产生的高动量导致的强压力和剪切力,以及在升华500次强冲洗后体积增加。可以去除低至100 nm的颗粒。当撞击在表面上的高动量雪粒融化时,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降雪强度直接相关,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,脉冲喷射而不是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。总而言之,二氧化碳干冰清洁的优点是:干洗过程中,无洗涤剂,去除颗粒和薄膜污染物,无污染残留物。 3实验用高纯度钌(RRR = 300)处理直径为28 mm的扁平样品,并使用标准BCP(HF:HNO3:H3PO4体积比为1:1:2)蚀刻80μm。图1:用于干燥干净的平板样品的原型装置的示意图。为了获得典型的EFE,每个测试序列都要先进行表面处理(请参见3.1),即蚀刻和冲洗或故意污染腔体内的颗粒,这些颗粒通常是加速结构组装过程中的环境。首先,在无尘室条件下(10,000级)通过光学显微镜检查这些样品。然后通过场发射扫描显微镜(FESM)确定其EFE特性(见3.3)。在10级洁净室中进行干冰清洗后(参见3.2),再次使用FESM和光学显微镜(第10级)研究清洗效果。对于实验室之间的样品转移,使用了认可的瓶盖系统[5],该系统仅在无尘室或高压条件下打开。 3.1样品制备到目前为止,样品已经经历了两个准备步骤。对于每个序列,使用六个样品。另外两个样品(#1和#2)在TTF九格室[3]中另外蚀刻20μm(BCP1:1:2),包括用超纯水彻底冲洗,但不进行高压冲洗。 #4和#5样品被平均尺寸为3.2μm的乳胶球和1-80μm尺寸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,样品7和样品0被10-65μm尺寸的不锈钢颗粒污染,这是由于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(BCP1:1:2)。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。通过光学显微镜通过计算在每个样品上任意选择的约20 mm 2的表面积来确定所得的颗粒数密度。对于2μm以上的粒径,其范围在400 / mm2和1100 / mm2之间。 3.2干冰清洁设备使用图1所示的原型设备对样品进行干冰清洁,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喷嘴与样品之间的距离为20 mm喷嘴方向为垂直于表面速度的射流5 mm / sec 3.3。场发射扫描显微镜的所有样品的EFE特性均通过场发射扫描显微镜(FESM)在特高压腔中于10至9 mbar的压力下进行测量,其中还包括SEM和AES以识别发射体。 FE的均匀性是通过根据大颗粒的数量和在样品中心部分以恒定电流I = 1 nA扫描10 kV的提取电压Ult(即8 x 8 mm2或12 x 12 mm2)来研究的。残留表面不规则。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。快速的高压调节可防止放电和过大的电流,使大多数发射器保持完整。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与8709个4μmW-nees一起定位以确定它们的局部FE起始场,并通过原位SEM寻找它们的形态。图2: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中的有限元软件示意图。 FESM由一组W引脚组成,与由步进电机和压电换能器驱动的3D样品定位系统相对。远程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。这可以从图3的电压图中清楚地看出。至少最强的发射器与原位SEM可见的颗粒相关。在确认早期结果[7]之前,尚未发射出所有颗粒。出乎意料的是,样品#2的发射体比#1不稳定,但更多的火花可能是由于颗粒在样品表面上的附着力降低所致。相反,样品#4和#5被l污染在干冰清洁之前,电压和功率图中的atex和金属氧化物颗粒几乎没有DC EFE,高达100 MV / m。预期该结果将用于电绝缘颗粒,因为它们几乎没有增强电场。因此,干冰清洁后仅扫描强排放样品。表2总结了所得的标准化发射器数量密度。显然,干冰清洁程序已大大降低了发射密度。应该提到的是,由于on和粒度的影响,不能从地图上得出本地起始场。但是,对它们进行了干冰洗涤样品的部分测量,发现其高于80 MV / m。图3:在干冰清洗之前,在E = 100 MV / m的情况下,U(x,y)在8 x 8 mm2的样品#1(顶部)和#7(底部)上的映射。这些数字给出了在100μm标称电极间距下1 nA电流所需的kV电压。由于最近的制备程序,没有样品通过完整的测试程序,也没有可用的FESM结果。但是,已经对该序列的一个样品进行了光学检查,并且在干冰清洁之前和之后对该序列的所有六个样品进行了检查。生成的图像清楚地确认并确认了清洁效果,如图4所示。干冰清洁后,只有很少的小颗粒残留。此外,在该处理之后,在坩埚的表面上未发现机械损伤。图4:在用干冰清洗之前(顶部)和之后(底部)被Fe和Cu颗粒污染的5号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,通过用干冰清洁坩埚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,正在对其他类型的微粒污染物进行更多的测量。正在准备与经过充分验证的高压水冲洗颗粒污染的强发射表面进行比较。对于单孔和三孔腔室的简单清洁设备的可行性将在不久的将来进行检验。目前正在研究将干冰清洁剂用于对水敏感的组件(如耦合器陶瓷)中以及在最终的洁净室组装过程中使用。 6参考文献[1] D. Reschke,本次研讨会的邀请演讲。 [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