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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: 2020-01-22 0:37:12 * 浏览: 4
使用升华脉冲法进行干冰洗涤可去除颗粒和薄膜污染,而无任何残留物。此方法涉及的气体(即CO2和N2)是化学惰性的,因此不会对铌,铜,氧化铝和超导促进剂中使用的其他材料产生负面影响。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,干冰清洗过程应用于一系列故意的和确定的受污染的铌样品。用DC场发射扫描显微镜和光学显微镜研究清洁效果,并比较清洁过程前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,可实现场发射的急剧降低,最高可达100 MV / m,并且残留颗粒的场发射得以实现。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)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25 MV / m [1]。为了将其性能提高到TESLA800 [2]要求的35MV / m的梯度,应在没有EFE的情况下可靠地实现至少70MV / m的表面电场。因此,必须开发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]。尽管用超纯水冲洗高压已被证明是减少腔内[4,6]和Nb样品[5]中EFE的有效技术,但干冰清洗可能具有更多的清洗潜力。另外,它避免了潮湿的腔体表面,增加了对再污染的敏感性,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,干冰清洗被认为对于利用其功率耦合器进行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雪雾通过其独特的机械,热和化学作用组合,可以放松并清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,没有残留物,也不需要其他清洁剂。离开喷嘴的液态二氧化碳自发松弛,形成雪/气混合物,雪含量为45%,温度为194.3K(-78.9°C)。该喷射流被超音速氮气包围,超声氮首先提供喷射流的加速和聚焦,其次防止湿气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。前者是由三种效应引起的: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次强烈升华后体积增加。可以去除低至100nm的颗粒。当撞击表面的高动量积雪颗粒融化时,就会产生化学机械力。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。如果污染物和基材之间的温度梯度较高,则可以实现清洁效果。因此,脉冲注射而不是连续操作可能是有用的。为了避免再次污染,需要一个有效且定义明确的排气系统。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实验从高纯度铌(RRR = 300)处理直径为28mm的扁平样品,并使用标准BCP(HF:HNO3:H3PO4体积比为1:1:1)蚀刻80μm。图1:用于干燥和清洁平面样品的原型设置示意图。为了获得典型的EFE,每个测试序列都应先进行表面处理(请参阅3.1),然后进行蚀刻和冲洗。在腔体内或故意污染颗粒,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)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(见3.2)中用干冰清洗后,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,使用认可的夹紧系统[5],该系统仅在无尘室或超高压条件下才能打开。 3.1样品制备到目前为止,样品已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的9个细胞腔[3]中另外蚀刻了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。在完成序列测量之后,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。通过计算每个样品上任意选择的约20 mm 2的表面积,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干冰清洁设备样品的干冰清洁使用图1所示的原型设备执行,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样品喷雾5毫米/秒3.3。场发射扫描显微镜在10至9毫巴的特高压下,用场发射扫描显微镜(FESM)测量所有样品的EFE特性,其中还包括SEM和AES以识别发射体。通过以恒定电流I = 1nA扫描样品的中心部分以提取10kV的电压Ult,即8×8 mm 2或12×12 mm 2,根据大颗粒的数量研究了FE均匀性以及残留的表面不平整。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,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。然后将选定的发射极与8709、4μmW引脚定位,以确定其局部FE起始场,并通过原位SEM搜索其形态。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处的示意图。 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。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结果与讨论制备序列的结果可分为两组。在腔中制备的样品#1,样品#7和#0在干冰清洁之前显示出大量的场发射点。这可以在图3的电压图中清楚地看到。 3.至少最强的发射器与就地SEM可见的颗粒相关。到目前为止,在确认早期结果[7]时,并未释放出所有颗粒。令人惊讶的是,#2样品的发射物比#1不稳定,但是更多的火花可能是由于减少了样品表面的颗粒附着力所致。相反,被乳胶和金属氧化物颗粒污染的#4和#5样品几乎没有DC EF干冰清洗前电压表中的E,最高为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,干冰洗涤后仅扫描强发射样品。表2总结了由此产生的标准化变送器数量密度。显然,干冰清洁程序已大大降低了变送器密度。应该提到的是,由于切换和粒度影响,不能从该图得出局部起始场。但是,它们在干冰洗涤过的样品上进行了部分测量,发现高于80 MV / m。图3:在干冰清洁前,E = 100MV / m时,样品U(x,y)在8×8mm2的样品#1(顶部)和#7(底部)上的映射这些数字给出了1 nA电流所需的kV标称电极间距为100μm。由于最近已经开始执行第二个准备序列,因此尚无样品通过完整的测试序列,因此没有可用的FESM结果。然而,已经对该序列的一个样品进行了光学检查,并且在干冰洗涤之前和之后对该序列的所有六个样品进行了检查。如图3所示,所获得的图像清楚地确认并确认了清洁效果。 4.干冰洗净后,只有少数小颗粒幸存下来。另外,在该处理之后,在铌表面上未发现机械损伤。图4:干冰洗涤之前(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,通过用干冰清洁铌表面获得的批量结果非常有希望。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其他测量。正在准备与经过充分验证的高压水洗颗粒污染的强辐射表面进行比较。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,本研讨会特邀演讲。 [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