真空室內(nèi)名義鍍TiZrV抽氣層的性能鉆研
采納直流磁控反濺射法在不銹鋼真空彈道內(nèi)名義勻稱鍍上一層TiZrV地膜。該鎮(zhèn)膜通過激活后存在抽氣效應(yīng),可以使真空彈道由原來的零碎氣載轉(zhuǎn)變變成彈道泵。該鎮(zhèn)膜激活熱度很低,最低激活熱度為180℃。在通過激活后,試驗安裝遠(yuǎn)端的真空度與泵口真空度相反,因而壓力散布呈曲線型。
在貯存類減速器真空零碎中,真空室的構(gòu)造多為修長彈道。因為真空室擱置在多個磁元件的間隙中,通例的配泵步驟多采納集西式,即依據(jù)零碎氣載的大小,每距離一段間隔配置一臺真空泵。然而因為真空泵抽速受到真空彈道流導(dǎo)的制約,間隔真空泵的地位越遠(yuǎn),該處的抽速破財越大,真空度也就絕對越低。集西式配泵零碎的壓力散布呈拋物線型,而壓力散布梯度的存在,將對束流的壽數(shù)及品質(zhì)產(chǎn)生較大莫須有。
在減小壓力散布梯度的鉆研上面,國內(nèi)上曾經(jīng)做了一大批的作業(yè),如在真空室中擱置散布式濺射離子泵、散布式非揮發(fā)吸氣帶等,但該署步驟運用局限性大,真空室構(gòu)造無比簡單,造價很高。近年來歐洲細(xì)胞核核心(CERN)創(chuàng)舉性地提出了能在較高溫度下激活的彈道泵技能,經(jīng)過直流磁控濺射反響法將本來是零碎氣載的真空彈道通過鍍抽氣層工藝解決轉(zhuǎn)變成了真空泵,使彈道外部各方存在勻稱抽速,從而使修長彈道類真空零碎的壓力散布戰(zhàn)勝了集西式配泵壓力散布梯度大的有余。彈道泵技能最大的難點在乎傳統(tǒng)的抽氣層資料激活須要較高的熱度,所謂激活就是經(jīng)過烘烤使吸氣劑資料對氣體分子存在抽速。如ZrAl吸氣劑泵,作為非蒸和尚頭吸氣劑泵(NEGPUMP)典型的一種真空泵種,在超高真空零碎中時常運用。它運用的吸氣劑資料為ZrAl合金,在激活后對活性氣體尤其是對氫存在很高的抽氣威力,但使不得抽除惰性氣體,因而與可以抽除惰性氣體的濺射離子泵聯(lián)結(jié)運用能夠使零碎達成超高真空。然而ZrAl吸氣劑資料的激活熱度正常在400℃之上,而減速器真空彈道受到機械或者物理務(wù)求的制約,烘烤熱度使不得過高,因而ZrAl合金不快競爭為減速器真空彈道的吸氣劑資料。CERN的鉆研人員通過積年試驗,取舍TiZrV合金資料作為非揮發(fā)吸氣劑,該合金資料吸氣劑最大的長處在乎激活熱度僅在200℃以次,因而能夠?qū)挿旱睦糜跍p速器真空零碎中。1、試驗安裝1.1、鍍膜安裝
一根<80mm×1800mm的真空彈道被選為試驗鍍膜彈道。直流磁控濺射鍍膜零碎的示用意如圖1所示。
零碎右側(cè)為被鍍彈道,彈道核心為負(fù)極靶材,由3根<2mm的Ti絲、Zr絲、V絲勻稱擰在一起。作業(yè)時對負(fù)極靶材加負(fù)偏壓以提供鍍膜用磁場。彈道外是同軸的<500mm×2000mm中空Al筒,Al筒內(nèi)部勻稱纏繞(5.2mm×1.7mm的銅絲圈,Al筒和線圈之間用Kapton資料絕緣。作業(yè)時對線圈加直流電來給鍍膜海域提供正交于磁場的磁場,設(shè)計最高磁場強度為2.6×10-2T。圖1左側(cè)全體為尖端放電氣體壓力維持全體,由噓氣零碎、排氣零碎、真空測量零碎組成。維持鍍膜時的氣體流量用非金屬針閥掌握。尖端放電氣體能夠用Ar也能夠用Kr。但因為碰撞負(fù)極的尖端放電氣體從負(fù)極彈回時可能銷毀一大批的電能碎片,并可能進入正在生成的地膜中,使惰性氣體含量增多而莫須有零碎極限真空的失掉。試驗和測試表明,用較重的氣體繼續(xù)尖端放電能夠大大減小進入膜中的惰性氣體含量。如用Ar在Ti-Zr-V膜中的含量可達3500ppm,用Kr能夠升高2個單位級,因而咱們鍍膜時采納Kr作為尖端放電氣體。排氣零碎選用德國Leybold公司的600L·s-1渦輪分子泵機組,壓力測量則選用PT90全量程復(fù)合規(guī)管(測量規(guī)模:1×10-7Pa～105Pa)。
圖1 鍍膜零碎示用意 圖2 壓力散布測試零碎1.2、壓力散布梯度測試安裝
壓力散布梯度測試安裝由排氣零碎和鍍膜彈道兩全體組成,構(gòu)造如圖2所示。
排氣零碎主泵選用400L·s-1濺射離子泵和2000L·s-1鈦升華泵。P1和P2別離代辦泵口和最遠(yuǎn)端的真空度,均選用測量上限為2×10-10Pa的IE514結(jié)合規(guī)測量。2、試驗步驟2.1、鍍膜步驟
開啟分子泵機組,檢漏。檢漏實現(xiàn)后將安裝烘烤至180℃,溫升為30℃·h-1,目標(biāo)是將被鍍彈道名義的H2O排走,那樣能夠增大彈道內(nèi)名義的鍍膜黏附系數(shù)。180℃烘烤24h后將熱度降至鍍膜時的
作業(yè)熱度120℃,向零碎內(nèi)送入純度為99.999%Kr氣,壓力維持在5×10-1Pa;對負(fù)極加-500V的直流電壓,真空彈道接地;螺線管直流電加至140A,絕對應(yīng)的磁場強度為1.5×10-2T,此時經(jīng)過視察窗可看到輝光尖端放電(圖3)。
圖3 尖端放電情況
經(jīng)過調(diào)節(jié)磁場、磁場及Kr氣壓強能夠改觀輝光尖端放電直流電,即改觀鍍膜速率。在上述參數(shù)設(shè)置下,相應(yīng)的尖端放電直流電為0.5A,鍍膜周期為10h。2.2、壓力散布梯度測試步驟
率先測試零碎的本底壓力散布梯度,即彈道未鍍吸氣劑資料前的壓力散布梯度;而后在鍍膜實現(xiàn)后再次繼續(xù)壓力散布梯度測試,兩次測試的條件無須徹底統(tǒng)一以減小試驗誤差。此次試驗的烘烤熱度定于180℃,烘烤周期為24h,那樣能夠使吸氣劑資料充足激活。停留烘烤后48h,紀(jì)錄P1和P2數(shù)據(jù),運用劃算壓力散布梯度的硬件VAKTRAK擬和曲線,對鍍膜前后的數(shù)據(jù)繼續(xù)比擬。
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