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(chēng)鍍上一層TiZrV地膜。該鎮(zhèn)膜通過(guò)激活后存在抽氣效應(yīng),可以使真空彈道由原來(lái)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(guò)激活后,試驗(yàn)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(lèi)減速器真空零碎中,真空室的構(gòu)造多為修長(zhǎng)彈道。因?yàn)檎婵帐覕R置在多個(gè)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(tái)真空泵。然而因?yàn)檎婵毡贸樗偈艿秸婵諒椀懒鲗?dǎo)的制約,間隔真空泵的地位越遠(yuǎn),該處的抽速破財(cái)越大,真空度也就絕對(duì)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(duì)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(guó)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(yùn)用局限性大,真空室構(gòu)造無(wú)比簡(jiǎn)單,造價(jià)很高。近年來(lái)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(guò)直流磁控濺射反響法將本來(lái)是零碎氣載的真空彈道通過(guò)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(chēng)抽速,從而使修長(zhǎng)彈道類(lèi)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(diǎn)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(guò)烘烤使吸氣劑資料對(duì)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(shí)常運(yùn)用。它運(yùn)用的吸氣劑資料為ZrAl合金,在激活后對(duì)活性氣體尤其是對(duì)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(yùn)用能夠使零碎達(dá)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(jī)械或者物理務(wù)求的制約,烘烤熱度使不得過(guò)高,因而ZrAl合金不快競(jìng)爭(zhēng)為減速器真空彈道的吸氣劑資料。CERN的鉆研人員通過(guò)積年試驗(yàn),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(zhǎng)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(yàn)安裝1.1、鍍膜安裝
一根<80mm×1800mm的真空彈道被選為試驗(yàn)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(chēng)擰在一起。作業(yè)時(shí)對(duì)負(fù)極靶材加負(fù)偏壓以提供鍍膜用磁場(chǎng)。彈道外是同軸的<500mm×2000mm中空Al筒,Al筒內(nèi)部勻稱(chēng)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(shí)對(duì)線圈加直流電來(lái)給鍍膜海域提供正交于磁場(chǎng)的磁場(chǎng),設(shè)計(jì)最高磁場(chǎng)強(qiáng)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(cè)量零碎組成。維持鍍膜時(shí)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?yàn)榕鲎藏?fù)極的尖端放電氣體從負(fù)極彈回時(shí)可能銷(xiāo)毀一大批的電能碎片,并可能進(jìn)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(yàn)和測(cè)試表明,用較重的氣體繼續(xù)尖端放電能夠大大減小進(jìn)入膜中的惰性氣體含量。如用Ar在Ti-Zr-V膜中的含量可達(dá)3500ppm,用Kr能夠升高2個(gè)單位級(jí),因而咱們鍍膜時(shí)采納Kr作為尖端放電氣體。排氣零碎選用德國(guó)Leybold公司的600L·s-1渦輪分子泵機(jī)組,壓力測(cè)量則選用PT90全量程復(fù)合規(guī)管(測(cè)量規(guī)模:1×10-7Pa～105Pa)。
圖1 鍍膜零碎示用意 圖2 壓力散布測(cè)試零碎1.2、壓力散布梯度測(cè)試安裝
壓力散布梯度測(cè)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(cè)量上限為2×10-10Pa的IE514結(jié)合規(guī)測(cè)量。2、試驗(yàn)步驟2.1、鍍膜步驟
開(kāi)啟分子泵機(jī)組,檢漏。檢漏實(shí)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(shí)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(duì)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(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度為1.5×10-2T,此時(shí)經(jīng)過(guò)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(guò)調(diào)節(jié)磁場(chǎng)、磁場(chǎng)及Kr氣壓強(qiáng)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(cè)試步驟
率先測(cè)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(shí)現(xiàn)后再次繼續(xù)壓力散布梯度測(cè)試,兩次測(cè)試的條件無(wú)須徹底統(tǒng)一以減小試驗(yàn)誤差。此次試驗(yàn)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(yùn)用劃算壓力散布梯度的硬件VAKTRAK擬和曲線,對(duì)鍍膜前后的數(shù)據(jù)繼續(xù)比擬。
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