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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: 2020-05-19 1:51:43 * 浏览: 0
使用升华脉冲法进行干冰清洗可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。要求表面没有增强的场发射,干冰清洗过程将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,比较了清洗过程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,可实现高达100 MV / m的场发射和残余颗粒的场发射的急剧降低。这些初步结果鼓励我们改善和发展干冰清洁技术。适用于水敏感部件的型腔,例如RF耦合器陶瓷和s.c的最终加工加速结构。当前,增强的场发射(EFE)对超导加速器的结构施加了很大的高梯度限制。例如,对于TESLA的九孔铌腔,大约为25 MV / m [1]。为了将其性能提高到TESLA800 [2]所要求的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腔体[4,6]和Nb样品[5]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,提高了重新污染的敏感性,并且应该适合于陶瓷(耦合器窗口),而不会失去早期调整的好处。由于这些特性,干冰清洁被认为对于利用其功率耦合器进行水平组装型腔的最终加工非常有吸引力。 2干冰清洗纯净的二氧化碳雪喷雾通过其机械,热和化学作用的独特结合,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,无残留物,无其他清洁剂。离开喷嘴的液态二氧化碳的自发松弛导致雪/气体混合物的雪含量为45%,温度为194.3K(-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。前者是由三种影响引起的: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,以及经过500次强力升华后的体积增加。可以去除低至100nm的颗粒。当撞击时撞击表面的高动量雪粒融化时,会发生化学机械力。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。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以及无污染残留物。 3.实验:用高纯铌(RRR = 300)处理直径为28 mm的扁平样品,并用标准BCP(HF:HNO3:H3PO4体积比为1:1:2)蚀刻80μm。图1:用于干燥和清洁平面样品的原型设置的示意图。为了获得典型的EFE,每个测试程序都从表面处理开始(请参见3.1),也就是说,蚀刻和冲洗或故意污染空腔中的颗粒,这些通常是结构加速组装期间的环境。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级无尘室(见3.2)中用干冰清洁后,再次使用FESM和光学显微镜(10级)研究清洁效果。为了在实验室之间转移样品,使用了认可的夹紧帽系统[5],该系统仅在无尘室或特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。在TTF九格腔[3]中另外刻蚀了两个样品(#1和#2)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,样本7和样本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干冰清洗装置1用于样品的干冰清洁。原型设备已经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喷口直径3 mm喷嘴与样品之间的距离20 mm喷口方向垂直于表面速度样品喷口5毫米/秒3.3。场发射扫描显微镜所有样品的EFE特性都是在10-9 mbar plt的特高压腔中用场发射扫描显微镜(FESM)测量的,其中还包括SEM和AES用于发射体识别。根据大颗粒的数量,通过在样品中心部分以恒定电流I = 1 nA扫描提取电压Ult(10 kV,即8×8 mm 2或12×12 mm 2)来研究FE均匀性和残留的表面不平整。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引脚放置在一起,以确定其局部FE起始场,并通过原位SEM发现其形态。图2: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的焦点处的FESM示意图。 FESM由一组W引脚组成,与由步进电机和压电转换器驱动的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。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原位SEM可见的颗粒相关。在确认早期结果[7]之前,尚未释放出所有颗粒。出乎意料的是,样品2的发射物比样品1更不稳定,但更多的火花可能是由于颗粒在样品表面的附着力降低所致。相反,样本#4和#5被后期污染x和金属氧化物颗粒在干冰清洁之前的电压图中几乎没有DC EFE,最高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,干冰清洗后仅扫描强排放样品。表2中汇总了由此产生的标准化发射器数量密度。显然,干冰清洗程序大大降低了发射密度。应当指出的是,由于接通和粒径的影响,不能从该图得出局部起始场。但是,它们在干冰洗过的样品上进行了部分测量,发现高于80MV / m。图3:在干冰清洗前,在E = 100MV / m时,在8×8mm2的1号样品(顶部)和7号样品(底部)上U(x,y)的映射。这些图给出了在100μm的标称电极间距下1 nA电流所需的kV电压。由于最近开始执行第二个准备序列,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,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。所获得的图像清楚地确认并确认了清洁效果,如图2所示。 4.干冰清洁后,仅有少量颗粒和小颗粒幸存。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.结论在有限数量的样品研究中,用干冰清洁铌表面获得的批量结果非常有前途。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。正在准备与经过充分验证的高压水冲洗颗粒污染的强辐射表面进行比较。在不久的将来,将检查用于单室和三孔室的简单清洁设备的可行性。目前正在研究对水敏感的组件(如耦合器陶瓷)及其在最终洁净室组装过程中的使用进行干冰清洁。 6参考文献[1] D. Reschke,本研讨会特邀报告。 [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