СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СВЕРХПРОВОДЯЩЕГО РЕЗОНАТОРА Российский патент 2004 года по МПК H05H7/20 

Изобретение относится к ускорительной технике и предназначено для изготовления сверхпроводящих ускоряющих СВЧ-структур на основе сверхпроводящих материалов, нанесенных на медную подложку в виде пленки.

Известен способ изготовления трубы для ускорителя заряженных частиц [Патент Японии №5-54999 (A) Yukinori Matsushima. Accelerator Tube of Charged Particle Acceleration Device and Manufacture of the Same МКИ Н 05 Н 9/00, H 05 H 7/18 05.03.1993, Japan., РЖ ИСМ 112-05-94], включающий изготовление алюминиевого сердечника в форме полости трубы (или резонатора). Затем путем электролитического осаждения на поверхность сердечника наносят слой меди, после чего сердечник растворяют в реактивном растворе и получают ускоряющую трубу с заданной формой внутренней полости.

Недостатком этого способа является необходимость растворения металла-подложки, который полностью уходит в отходы.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ изготовления сверхпроводящего резонатора сложной формы для ускорителя заряженных частиц (Proceedings of the 10^th Workshop on RF Superconductivity, Tsukuba, JAPAN, sept.6-11, 2001, p.458-462), заключающийся в изготовлении алюминиевой подложки для резонатора сложной формы (типа TESLA-shape) методом токарной обработки на станке с программным управлением, нанесении на нее слоя меди толщиной 2,5-3 мм, после чего подложку из алюминия (или сплава АМГ) растворяют в реактивном электролите, а на рабочую поверхность медной оболочки наносят сверхпроводящее покрытие методом аксиального магнетронного распыления.

Недостатком указанного способа является большая трудоемкость и стоимость процесса удаления подложки, так как при этом весь алюминий (или сплав АМГ) уходит в отходы, которые занимают большой объем и их необходимо нейтрализовать и переработать для утилизации.

Задачей настоящего изобретения является сокращение трудоемкости изготовления резонатора и снижение его стоимости.

Указанная задача решается следующим образом. Подложку изготавливают из пластмассы, обладающей эффектом запоминания формы, на подложку наносят слой сверхпроводящего материала методом планарного магнетронного распыления, затем методом гальванопластического формообразования наносят слой меди, после чего подложку удаляют нагреванием, при котором подложка вновь приобретает форму трубы и легко удаляется.

Таким образом, изготовление подложки не из металла (алюминия или его сплава), а из пластмассы, обладающей эффектом запоминания формы, использование метода планарного магнетронного распыления слоя ниобия на подложку (в прототипе - аксиальное магнетронное распыление) и изменение последовательности нанесения слоев меди и сверхпроводящего материала, позволяют уменьшить металлоемкость изделия в целом, делают заявляемую технологию безотходной и ресурсосберегающей, что ведет к значительному снижению стоимости изготовления ускоряющей структуры. Это особенно важно при постройке крупных ускорителей, например, TESLA (Тэв-ной энергии сверхпроводящий линейный ускоритель), проектная длина которого составляет более 20 км.

На фиг.1 представлена схема установки для изготовления подложки из пластмассы, где 1 - камера давления с подвижной кареткой; 2 - станина; 3 - половина формы; 4 - труба из пластмассы; 5 - электрический нагреватель; 7 - клапан подачи сжатого воздуха; 8 - клапан подачи горячего и холодного воздуха; 9 - клапан подачи горячего и холодного воздуха в трубу.

Толстостенную пластмассовую трубу (4) помещают в форму (3), как показано на фиг.1. Затем трубу нагревают сжатым воздухом до соприкосновения с внутренней поверхностью формы из полированной меди. После этого отформованная труба быстро охлаждается для фиксации формы подложки резонатора.

Далее на внешнюю поверхность подложки, повторяющей внутреннюю рабочую поверхность резонатора, методом планарного магнетронного распыления наносят слой сверхпроводящего материала (ниобия). На фиг.2 представлена схема установки изделия в вакуумной рабочей камере при проведении процесса планарного магнетронного распыления, где 1 - вакуумная рабочая камера, 2 - подложка резонатора, 3 - магнетронное распылительное устройство планарного типа.

Затем на подложку с ниобиевым покрытием наносят слой меди методом гальванопластического формообразования. На фиг.3 представлена схема установки, где 1 - электролитическая ванна, 2 - узел подачи электролита, 3 - узел прокачки электролита, 4 - держатель подложки резонатора с ниобиевым покрытием, 5 - вал для вращения подложки в процессе нанесения меди с электродвигателем 6, 7 - регулятор уровня электролита, анодный 8 и катодный 9 токовводы.

Полученная трехслойная заготовка (органическое стекло - ниобий - медь) снова помещается в установку фиг.1. Под действием нагрева отформованная труба возвращается к своему первоначальному размеру благодаря эффекту запоминания формы и легко удаляется. Следует дополнительно отметить, что в заявляемом способе сверхпроводящее покрытие наносят не на внутреннюю рабочую поверхность (как в прототипе с использованием аксиального магнетронного распыления), а снаружи с использованием планарного магнетронного распыления.

Пример.

Пластмассовая труба марки ОС ГОСТ 97-87-61 диаметром 68 мм и толщиной стенки 5 мм помещалась в форму из полированной меди (фиг.1) вдоль ее оси, куда подавали сжатый горячий воздух (100-120°С) от баллона на 6 атм с регулируемым давлением в течение 30 минут.

После этого подложка быстро охлаждалась и принимала форму внутренней поверхности будущего резонатора. Готовая подложка помещалась в рабочую камеру установки (фиг.2) для нанесения покрытия из ниобия марки НБР-1 толщиной 2-7 мкм методом планарного магнетронного распыления. Затем изделие помещали в электролитическую ванну (фиг.3) для нанесения медного слоя толщиной 2,5-3 мм.

Для удаления подложки трехслойная заготовка помещалась в установку (фиг.1), где подвергалась нагреванию до температуры 80°С, где благодаря эффекту запоминания формы подложка возвращалась в первоначальное состояние (труба) и легко удалялась.

Изобретение относится к ускорительной технике и предназначено для изготовления сверхпроводящих ускоряющих СВЧ-структур. Способ изготовления сверхпроводящего резонатора включает следующие операции: изготовление подложки из пластмассы, обладающей эффектом запоминания формы, нанесение на нее методом планарного магнетронного распыления слоя сверхпроводящего материала, а затем методом гальванопластического формообразования слоя меди и удаление подложки нагреванием. Такой способ позволяет уменьшить стоимость изготовления резонатора, делает технологию безотходной, ресурсосберегающей. 3 ил.

Способ изготовления сверхпроводящего резонатора, включающий изготовление подложки, нанесение слоя меди методом гальванопластического формообразования и слоя сверхпроводящего материала методом магнетронного распыления, отличающийся тем, что подложку выполняют из пластмассы, обладающей эффектом запоминания формы, на которую методом планарного магнетронного распыления наносят слой сверхпроводящего материала, а затем слой меди, после чего подложку удаляют нагреванием.