一种用于超导腔的铜铌复合材料板的制作方法
阅读说明：本技术 一种用于超导腔的铜铌复合材料板的制作方法 (Manufacturing method of copper-niobium composite material plate for superconducting cavity ) 是由 刘振超 张琦 王盛 于 2021-06-25 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于超导腔的铜铌复合材料板的制作方法,包括以下步骤：在金属铌板上铺设无氧纯铜粉末,通过激光束照射无氧纯铜粉末,利用激光的能量将无氧纯铜粉末加热至完全融化,并与金属铌板表层熔化,以形成铜铌复合物,然后通过重复铺粉及熔化成型,以形成铜铌复合材料板,该方法能够制备得到的铜铌复合材料板能够用于超导腔。(The invention discloses a method for manufacturing a copper-niobium composite material plate for a superconducting cavity, which comprises the following steps of: laying oxygen-free pure copper powder on a metal niobium plate, irradiating the oxygen-free pure copper powder by laser beams, heating the oxygen-free pure copper powder by using the energy of the laser until the oxygen-free pure copper powder is completely melted and is melted with the surface layer of the metal niobium plate to form a copper-niobium composite, and then repeatedly laying powder and melting and forming to form the copper-niobium composite plate.)
技术领域
本发明涉及一种铜铌复合材料板的制作方法，具体涉及一种用于超导腔的铜铌复合材料板的制作方法。
背景技术
射频超导加速是现代粒子加速器的关键技术之一，能够在连续波和长脉冲模式下加速带电粒子束。射频超导加速腔具有低热损耗、高电转换效率等优势，现已被广泛应用于各类高能加速器和光源装置。
高纯铌是具有较高临界温度(Tc＝9.2K)的第Ⅱ类超导体，由于其高临界温度和高临界磁场，自1967年开始用来代替铜作为超导腔体材料。高纯铌超导腔的品质因数(Q值)比铜腔高出105～106倍，功率损耗小、加速场梯度高、阻抗小，同时可以达到极好的能量分辨率和稳定度。
由于具有高熔点、耐酸碱及低中子吸收截面等优良性能，迄今为止，高纯铌是制造射频超导加速腔的首选材料。但纯铌热导性较差，价格较高，科学家开始研究新型超导铜-铌复合材料。1980年，欧洲核子中心(CERN)开始尝试采用磁控溅射的方法，在铜基体表面溅射一层铌膜，制备铜铌溅射镀膜超导腔，开展了大量的研究，但由于镀膜质量稳定性、均匀性、超导性能及效率成本等的限制，至今尚未能够替代纯铌超导腔。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种用于超导腔的铜铌复合材料板的制作方法，该方法能够制备得到的铜铌复合材料板能够用于超导腔。
为达到上述目的，本发明所述的用于超导腔的铜铌复合材料板的制作方法，包括以下步骤：
在金属铌板上铺设无氧纯铜粉末，通过激光束照射无氧纯铜粉末，利用激光的能量将无氧纯铜粉末加热至完全融化，并与金属铌板表层熔化，以形成铜铌复合物，然后通过重复铺粉及熔化成型，以形成铜铌复合材料板。
具体包括以下步骤：
1)取铌板，再将金属铌板固定于基板上，再将基板放置于打印腔体中；
2)向打印机中装入无氧纯铜粉末，再将打印腔体内抽真空后充入保护气体；
3)利用打印机发出的激光对金属铌板上无氧纯铜粉末进行加热熔化，得铜-铌复合板；
4)将打印得到的铜-铌复合板与基板分离，再清除铜-铌复合板表面的杂质，然后将得到的铜-铌复合板加工至设计厚度，得用于超导腔的铜铌复合材料板。
打印过程中，激光功率为320W～400W。
打印过程中，扫描速率为400～800mm/s。
打印过程中，扫描间距为0.05～0.08mm。
无氧纯铜粉末的铺粉层厚为0.03～0.08mm。
将得到的铜-铌复合板利用磨床加工至设计厚度。
步骤4)的具体过程为：将打印得到的铜-铌复合板与基板分离，再清除铜-铌复合板表面的杂质，然后将得到的铜-铌复合板加工至设计厚度，得用于超导腔的铜铌复合材料板。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的用于超导腔的铜铌复合材料板的制作方法在具体操作时，利用激光束照射无氧纯铜粉末，利用激光的能量将无氧纯铜粉末加热至完全融化，并与金属铌板表层熔化形成铜铌复合物，然后通过不断重复铺粉及熔化成型，以形成铜铌复合材料板，该铜铌复合材料板的热传导及机械稳定性能优异，制作成本低，能够用于超导腔中。
具体实施方式
对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本发明公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本发明公开的概念。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
本发明所述的用于超导腔的铜铌复合材料板的制作方法包括以下步骤：
1)取铌板，再将金属铌板固定于基板上，再将基板放置于打印腔体中；
2)向打印机中装入无氧纯铜粉末，再将打印腔体内抽真空后充入保护气体；
3)利用打印机发出的激光对金属铌板上无氧纯铜粉末进行加热熔化，得铜-铌复合板；
其中，打印过程中，激光功率为320W～400W，扫描速率为400～800mm/s，扫描间距为0.05～0.08mm，铺粉层厚为0.03～0.08mm；
4)将打印得到的铜-铌复合板与基板分离，再清除铜-铌复合板表面的杂质，然后将得到的铜-铌复合板利用磨床加工至设计厚度，得用于超导腔的铜铌复合材料板。
本发明的工作原理为：
先在金属铌板上铺设一层无氧纯铜粉末，再利用激光束照射无氧纯铜粉末，利用激光的能量将无氧纯铜粉末加热至完全融化，并与金属铌板表层熔化形成铜铌复合物，然后通过不断重复铺粉和熔化成型，以形成铜-铌复合板。
实施例一
本发明所述的用于超导腔的铜铌复合材料板的制作方法包括以下步骤：
1)取铌板，再将金属铌板固定于基板上，再将基板放置于打印腔体中；
2)向打印机中装入无氧纯铜粉末，再将打印腔体内抽真空后充入保护气体；
3)利用打印机发出的激光对金属铌板上无氧纯铜粉末进行加热熔化，得铜-铌复合板；
其中，打印过程中，激光功率为320W，扫描速率为400mm/s，扫描间距为0.05mm，铺粉层厚为0.03mm；
4)将打印得到的铜-铌复合板与基板分离，再清除铜-铌复合板表面的杂质，然后将得到的铜-铌复合板利用磨床加工至设计厚度，得用于超导腔的铜铌复合材料板。
实施例二
本发明所述的用于超导腔的铜铌复合材料板的制作方法包括以下步骤：
1)取铌板，再将金属铌板固定于基板上，再将基板放置于打印腔体中；
2)向打印机中装入无氧纯铜粉末，再将打印腔体内抽真空后充入保护气体；
3)利用打印机发出的激光对金属铌板上无氧纯铜粉末进行加热熔化，得铜-铌复合板；
其中，打印过程中，激光功率为400W，扫描速率为800mm/s，扫描间距为0.08mm，铺粉层厚为0.08mm；
4)将打印得到的铜-铌复合板与基板分离，再清除铜-铌复合板表面的杂质，然后将得到的铜-铌复合板利用磨床加工至设计厚度，得用于超导腔的铜铌复合材料板。
实施例三
本发明所述的用于超导腔的铜铌复合材料板的制作方法包括以下步骤：
1)取铌板，再将金属铌板固定于基板上，再将基板放置于打印腔体中；
2)向打印机中装入无氧纯铜粉末，再将打印腔体内抽真空后充入保护气体；
3)利用打印机发出的激光对金属铌板上无氧纯铜粉末进行加热熔化，得铜-铌复合板；
其中，打印过程中，激光功率为360W，扫描速率为600mm/s，扫描间距为0.065mm，铺粉层厚为0.055mm；
4)将打印得到的铜-铌复合板与基板分离，再清除铜-铌复合板表面的杂质，然后将得到的铜-铌复合板利用磨床加工至设计厚度，得用于超导腔的铜铌复合材料板。
实施例四
本发明所述的用于超导腔的铜铌复合材料板的制作方法包括以下步骤：
1)取铌板，再将金属铌板固定于基板上，再将基板放置于打印腔体中；
2)向打印机中装入无氧纯铜粉末，再将打印腔体内抽真空后充入保护气体；
3)利用打印机发出的激光对金属铌板上无氧纯铜粉末进行加热熔化，得铜-铌复合板；
其中，打印过程中，激光功率为350W，扫描速率为500mm/s，扫描间距为0.06mm，铺粉层厚为0.04mm；
4)将打印得到的铜-铌复合板与基板分离，再清除铜-铌复合板表面的杂质，然后将得到的铜-铌复合板利用磨床加工至设计厚度，得用于超导腔的铜铌复合材料板。
实施例五
本发明所述的用于超导腔的铜铌复合材料板的制作方法包括以下步骤：
1)取铌板，再将金属铌板固定于基板上，再将基板放置于打印腔体中；
2)向打印机中装入无氧纯铜粉末，再将打印腔体内抽真空后充入保护气体；
3)利用打印机发出的激光对金属铌板上无氧纯铜粉末进行加热熔化，得铜-铌复合板；
其中，打印过程中，激光功率为380W，扫描速率为700mm/s，扫描间距为0.07mm，铺粉层厚为0.07mm；
4)将打印得到的铜-铌复合板与基板分离，再清除铜-铌复合板表面的杂质，然后将得到的铜-铌复合板利用磨床加工至设计厚度，得用于超导腔的铜铌复合材料板。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：双束激光驱动离子加速装置